sensores; control automatico

Upload: alan-castro

Post on 05-Jul-2018

242 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • 8/16/2019 Sensores; control automatico

    1/36

    Sensores, actuadores y elementos del sistema de control

    Una instalación de control, sea domótica o inmótica, está compuesta por tres componentes fundamentales:

    Sensores, sistema de control (elementos) y actuadores.

    Adaptación Actuación

    Sistema

    de

    Control      S    e    n    s    o    r    e    s

          A    c      t    u    a      d    o    r    e    s

    - Los sensores son dispositivos que recogen inform ación del m undo ‘real’ y la entregan al s is tema de con tro l deforma que el sistema de control ‘ent ienda ’ y pueda procesar y tomar decisiones. Por ejemplo, un sensor de temperatura,de estado de puerta (abierta / cerrada), de humedad, de velocidad del aire, de nivel de CO2, etc.

    Su func ión es transform ar un parámetro o estado físico d el entorno que no s rod ea en una inform ación traducid a a señales eléctr icas q ue p rop orc ion arem os al s ist ema de c on tro l.

    - Los actuadores son dispos i t ivos que siguiendo las órdenes del s is tema de contro l , realizan acciones que repercu ten en e l múndo ‘ rea l ’ , por ejemplo: motores, relés, pistones, válvulas, indicadores luminosos, etc. Esconveniente aclarar que en muchos casos el actuador es un dispositivo que pone en marcha alguno de estos equipos.

    El sistema de control recibe in formación del entorno sobre el que queremos realizar algún tipo de acción por medio delos sensores, esa in formación aporta datos para que el ‘contro lador ’ decida si hay que real izar algun a acción , si esasí, esta acción se l leva a cabo por un actuador que tiene capacidad para provocarla, por ejemplo:

    “Un sensor de luz le indica al s is tema de contro l que hay poca luz en los aparcamientos que queremos controlar y el sistema determina que hay que act ivar una ser ie de farolas , para conseguirlo ac t iva un contac tor (ac tuador ) que provoca que las farolas se i luminen” .

  • 8/16/2019 Sensores; control automatico

    2/36

    SensoresPara realizar las med icio nes de mag nitu des mecánic as, térm icas , eléctr icas , físic as, q uími cas, etc , se empleandispositivos comúnmente llamados sensores y/o transductores .

    El sensor perc ibe los cambios de la magni tud en cuest ión , como temperatura, posición, nivel química, fuerza, etc. y

    convierte estas mediciones en señales g enera lm en te eléct ri cas para suministrar la información a instrumentos de lectura y regis t ro o para un sis tema de contro l que real izará acc io nes en función de las magnitudes medidas.

    Estos dispositivos se ins talarán en el lug ar apro piado para medir esa magnitud, estado, nivel, etc. y es necesarioconocer su mo do de operación para poder instalar, configurar o mantener sistemas que los incorporen.

    Existen gran cantidad de sensores para medidas de todo tipo y por tanto, se pueden clasificar de muchas formas distintas:

    •Según el t ipo de sal ida que proporcionan:

    Analógicos: Entregan una salida de nivel variable en función del parámetro que midan, por ejemplo, un

    sensor de temperatura de -20º a +50º con salida 0-10V.

    Binar ios : Entregan un nivel ‘todo’ o ‘nada’ (1/0), por ejemplo el estado de una puerta (abierta/cerrada).

    Digitales: Dan la información relativa a la medida con un protocolo de comunicaciones específico que el

    fabricante facilita: por ejemplo el sensor de temperatura y humedad STH-11 (ver en Internet) .

    • Según su estructura interna, tipo de sensor:

    Pasivos: No precisan de alimentación: Resistencias que cambian de valor según luz o temperatura.

    Act i vos : Tienen circuitos electrónicos que alimentar y necesitan una fuente de energía.

    • Según el tipo de parámetros que son capaces de detectar:

    Mecáni co s: Detectan parámetros relacionados con acciones mecánicas, contactos, aceleración, etc.

    Ambientales: Medidas de temperatura, humedad, pluviometría, velocidad del viento, etc.

    Quím ic os : Niveles de CO2, niveles de oxígeno, contaminación en el aire, azucar en sangre, etc.

    etc.

  • 8/16/2019 Sensores; control automatico

    3/36

    Sensores

    Una clasificación posible y quizás la más usada, es la de ‘ámb ito s de aplic ación ’, es decir, donde y para que se usan ,cuando veamos diferentes ejemplos, esto quedará más claro.

    Seguridad de personas y bienes • Sensores de presencia (volumétricos, detectores de infrarrojos, detectores radar, barreras laser, etc.).

    • Detectores de ro tura de cr ista les (alertas de robo).

    • Detectores de vi bración / sísm icos (en banca para detectar ‘butroneros’).

    • Pulsadores de ‘socorro ’ en viviendas o en empresas.

    • Detectores de hum os / incendios.

    • Detectores de inundación . (En aseos, sótanos, almacenes, etc.)

    • Detectores de gas (Fugas butano, gas ciudad, niveles altos de CO2, CO – humo de vehículos, etc.)

    Sistemas de clim atización 

    • Sensores de temperatura (exterior, interior, zona, aire expulsado, aire recuperado, enfriadoras, agua calderas, etc.)

    • Sensores de humedad (humedad exterior e interior para cálculo de calor latente / sensación de calor).

    • Sensores de presión absoluta y diferencial ( verificación de filtros, presiones de vapor, etc.)

    • Sensores de f lu jo d e aire / agua ( para monitorizar ventiladores en marcha, bombas, consumo de energía, etc.).

    Relac ionados con el c l ima 

    • Sensores de radiación solar.

    • Velocidad y dirección del viento (anemómetro y veleta).

    • Pluv iom etría y lluv ia. (detectores de lluvia y de cantidad de lluvia).

    • Pres ión atm os féri ca (para predicción del tiempo, barómetro).asímu lti tud de ejemplo s….

  • 8/16/2019 Sensores; control automatico

    4/36

    Sensores

    Como se ha mencionado en la página anterior, se podrían seguir m encio nando c ientos de tipo s de senso res ,nosotros vamos a centrarnos en las carac terístic as más im po rtan tes a ten er en c uen ta si tenemos que buscar o tratar con algún tipo de sensor para una aplicación específica.

    Cuando nos encon tramo s un c atálogo , una inform ación técnic a, un equ ipo y a instalado, busc amos u n sens or 

    determinado para un a apl icac ión co ncreta nos vendrán un a ser ie de pregun tas sobre estos disp osi t ivos.

     ¿ Como se conec ta a la elec trón ic a ?, ¿Cómo es tá al im en tado?, ¿q uéin formac ión nos en tr eg a? , ¿quécal id ad o 

    precis ión tienen sus medid as?, ¿cómo s e detecta si está averiado? , ¿cómo se com prueb as su func ionam iento 

    correcto? , ¿se puede estropear si hago mal alguna op eración?, etc… 

    Vamos a tratar de introduc i rnos en estas cuest iones, destacando las más imp ortantes, muchas respu estas no s on 

    ‘f i jas’, sino que deberán s er dedu cidas por el técnic o, so bre to do las relacio nadas c on las pr uebas y averías.

    1º Con seguir l a doc um entac ión técn ica del d isp os itivo 

    • ¿Prec isan al imen tac ión?: En caso de que asísea , ¿quéten s ión y cuan to consume en co rr ien te? 

    • Las tensiones de al imentación pueden ser m uy d iferentes, 12Vcc, 12Vac, 24 Vac, 24 Vcc, 230Vac , etc, una 

    alimen tación inadecuada pro bablem ente destruirá el sensor, con pérdid as econ ómicas y d e servic io in aceptables .

    • Es importante determinar el consum o (intensidad de corr iente) para verificar que la fuente seleccionada podrá alimentar 

    el sensor o grupo de sensores.

    • Es conveniente dejar un margen en la fuente de al imentación de forma que no se use su potencia al 100%.

  • 8/16/2019 Sensores; control automatico

    5/36

    Sensores

    • ¿Quéparámet ro m iden y como nos en treg an su valo r? 

    • Valores asociados al sensor: temperatura, humedad, luz, acidez, velocidad, abierto, cerrado, etc.

    • Como ofrecen la señal de salida al sistema de control: Salida analógica de 0 a 10V cc.

    Salida de 0 a 5 Vcc .

    Salida de bucle de corr iente de 0 a 20 mA

    Salida de bucle de corr iente de 4 a 20 mA .

    Resistencia variable .

    Nivel lógico ‘0’ o ‘1 ’

    Interruptor abierto o cerrado.

    Codi f icac ión digi ta l del fabricante (ver niveles y protocolo con datasheet fabr icante ).

    Protocolo Modbus u otro proto colo estándar (ver protocolos estándar).

    Comunicaciones ser ie modo terminal (ver comunicaciones en datasheet fabr icante ).

    Et c .

    • Otras car acterístic as im po rtan tes: 

    • Rango de medida: Desde donde hasta donde miden (por ejemplo de 0 a 50º de temperatura).

    • Resoluc ión de medida: Menor cambio detectable en la medida (0,1º, 0,01º, 1º, 0,1V, etc.)

    • Precisión: Tasa de error de la medida en porcentaje: ±1% de precisión, ±10%, etc.

    • Tiempo de medida: Tiempo necesario para poder ofrecer un dato fiable a la salida.

    • Repetit ividad: Error esperado al realizar la medida varias veces.

    • Lineal idad: Relación entre valor entregado y valor representado. (comentar gráfico).

  • 8/16/2019 Sensores; control automatico

    6/36

    Sensores

    • Montaje y co nexión 

    • Normalmente se mon tan según las n ecesidades de medida , para ello se seguirán las instrucc iones del fabr icante y el sent ido com ún d el instalador .

    • El esquema de conexionado suele estar en el datasheet de l sensor .

    • Antes de conexionar asegurars e de los parámetro s y form a de alimentac ión para evitar averías .

    • Después del conexionado se verif icará, si es posible, el func ionam iento d el senso r .

    • Intentar ant ic iparse a problemas poster iores que se pueden dar en la instalación: caida de líquidos,vibraciones mecánicas, posibles golpes, facilidad o dificultad de acceso, según convenga, protección

    antivandálica, etc.

    La mayoría de los senso res van co nectado s al sistem a de contr ol o a u n adaptad or de s eñal , pero se pueden dar 

    casos de sensores que se incorporan a la red de contro l ya que ya llevan internamente la eléct rón ic a par a integrarse en la red de con tro l . La mayoría de los sensores se con ectan mediante cableado , pero existen muchos que incorporan ya electrónica para

    com unic aciones inalámb ricas o median te sistem as específicos (fibra, red, etc.).

    Sensor 

    Sensor 

    Sensor 

    Sensor 

    Sistema

    de

    control

    Sensor  Sensor  Sensor 

    control

    Control Control

    Bus de comunicaciones 

    Sensor 

    control

    WiFi 

  • 8/16/2019 Sensores; control automatico

    7/36

    Sensores

    Sería impos ible reflejar en estos textos d etal les de todos los tip os, form as de conexión, uti l idad, etc. de senso res,por lo que vamo s a hacer un recorr ido por los más signi f icat ivos.

    • Sensores binarios, todo /nada, ‘1’ /’0 ’ , de dos estados discr etos: 

    • Nos dan información del tipo Si/No, 0/1, existen desde los más simples a sistemas más complicados, pero

    solo nos ofrecen dos estados discretos.

    Interruptores, pulsadores, microrru ptores, sensores f inales de carrera, etc.: Son sistemas mecánicos simples enlos que se abren o cierran dos contactos y al hacerlo establecen dos niveles eléctricos diferentes del tipo todo/nada.

    Posibles conexiones que entregan ‘0 ’ / ‘1 ’ (comentar en clase) 

    In terruptor 

    Símbo lo s 

    Barrera laser 

    Detector presencia 

    Pulsador 

    Final de carrera 

    Detector l luvia 

  • 8/16/2019 Sensores; control automatico

    8/36

    Sensores

    • Sensores binarios, tod o/nada, ‘1’ /’0 ’ , de do s estados discretos 

    Interruptores, pulsadores, microrru ptores, sensores f inales de carrera, etc.: Son sistemas mecánicos simples enlos que se abren o cierran dos contactos y al hacerlo establecen dos niveles eléctricos diferentes del tipo todo/nada.

    Existen sensores que a pesar de medir mag nitud es físicas variab les com o temp eratura, humed ad, presión, etc . solonos entregan niveles discretos Todo/Nada , ‘1’/ ’0’ , estos sensores están preajus tados a un n ive l o los ajusta el usuar io a un n ivel requer ido :

    • Sensor d e temperatur a de moto r de un vehículo , cuando alcanza 95º (valor fijo) salta el venti lado r .• Interruptor c repuscular , mide la luz y cuando llega a un nivel (ajustable) se activa para encender las farolas .• Sensor de humedad para riego, cuando la humedad cae por debajo de un nivel (ajustable ) ac ti va el rieg o .• Nivel mínim o en u n d epósito d e agua alcanzado y hay que poner la bomba en marcha .• etc.

    Tienen una sal ida tipo ‘interrup tor ’ (0/1) que nos indica cuando se ha producido la situación ajustada ( ‘1’ / ‘0’ )

    In terruptor crepuscular 

    Termostatos ajustab les 

    Interr upt or nivel l íqui do 

    Termostato f i jo 

  • 8/16/2019 Sensores; control automatico

    9/36

    Sensores

    • Sensores de temperatura 

    Son m uy us ados en m ult i tud de sistem as. Los h ay de diferentes tipos, rango s de medid a, form a física, etc.Vamos a ver algunos de el los aunque hay inf in idad de t ipos.

    Muchos de ellos se basan en res is tencias que c ambian de valor según la temperatura a la que so n expu estas :

     Termistores 

    NTC (Negat ive Coef ic ient Temperature) + tempera tura -> - res is tencia 

    PTC (Posi t ive Coef ic iente Temperature) - tempera tura -> + res is tencia 

     RTD (Resistance Temperature Detector) 

    Precisión y lineal idad co n metales (Pt).Gran marg en de temperatur a (altas).Estabi l idad en las medic iones.

     Basados en semicond uctores 

    Diodos, c i rcui tos integrados, etc.Ver ho jas d e car acterístic as.Aplic aciones espec iales, precis ión, etc.

    Existen más tipo s de sens ores: term opares, RTD con otros metales diferentes al Pt, infrarrojos, b imetálicos / m ecánicos , etc.

  • 8/16/2019 Sensores; control automatico

    10/36

  • 8/16/2019 Sensores; control automatico

    11/36

    Sensores

    • Sensores de nivel de luz 

    Suelen estar relac ionados con sis temas de con tro l de i lum inación, para detectar s i es necesar io act ivar los.

    La m ayo ría de ellos se bas an en d os tipo s de tec no logías: • Resistencias variables en fun ción del nivel de luz (LDR).• Disposi t ivos semico nductores a los que afecta la luz (fotodiodos, fototransis tores, CCD ?? , e tc ).

    Sensor para exteriores 

    Barrera laser (corte haz luz) 

    Estos s on solo una pequeña muestra de los miles d e tipos y fun cional idades de sens ores de lumin osidad 

    LDR Fotod iodos 

    Fototransistor  LDR 

    Interruptor crepuscular 

    Emisor laser 

    Receptor con fo tod iodo 

    Medidor de radiación solar 

  • 8/16/2019 Sensores; control automatico

    12/36

    Sensores

    • Sensores de humedad 

    Suelen estar relac ionados c on sis temas de co ntro l d e aire acondic ionado, inform ación c l imática (humedad de aire) y con trol agrícola (humedad del su elo). También lo s h ay para m edir h um edad en madera y otro s m ateriales.

    Exis ten mul t i tud de sensores, los de hum edad del suelo se basan sobre todo en la cond uct iv idad del terreno y los de humedad del ai re en sis temas capaci t ivos o semico nductores con electrónica asociada (ver datasheet) .

    Medida humedad terreno 

    Es imprescind ib le consul tar los manuales o datasheet de los sensores ya que hay muchas di ferencias en prestaciones y formas de medida 

    Sensor en ci rcu i to in tegrado Humed ad en aire 

    Sensores humedad para suelo 

    Medidor humedad en madera Humedad (a i re acondic ionado)  Medidor hum edad exter iores 

  • 8/16/2019 Sensores; control automatico

    13/36

    Sensores

    • Sensor es d e p resión (aire y líquid os) 

    Suelen estar relacionados c on sis temas de contr ol de aire acon dicio nado y calefacción, inform ación cl imática,sistem as d e b om beo, aeronáutica, labo ratorios , m ecánica, etc.

    Much os s e basan en la d eform ación de cápsu las presu rizadas min iatura, existen tamb ién m edidor es de ‘ presión diferencial ’ , que miden la di ferencia de presión entre dos zonas.

    Es imprescind ib le consul tar los manuales o datasheet de los sensores ya que hay muchas di ferencias en prestaciones y formas de medida 

    Sensor (membrana deform able) Sensor presión 

    Medid or ac op lable a tub ería  Pantal la de medid as cl ima 

    Presión diferencial  Pres ión atm os féric a 

    Sensor min ia tura en placa 

    Senso r pres ión líqui do  Presión diferencial fi l tro aire acond icionado 

  • 8/16/2019 Sensores; control automatico

    14/36

    Sensores

    • Sensores de di ferentes t ipos para domót ica e inmót ica 

    Usados p ara aplicaciones esp ecíficas, podem os des tacar los sigu ientes sistem as de detección: 

    • Detectores d e presencia: Usados para gestión de energía y para sistemas de segu ridad .

    • De infrarrojos, microondas, mixtos, por cambio de imagen, laser, etc.

     Cuando se desea aho rra r en ergía y que no se active i luminación si no haypresencia se suelen usar este tipo de detectores, por ejemplo en sótanos, aseos públicos , pasi l los poc o frecuentados , etc .

    Estos equipos suelen estar conectados di rectamente a los sistemas de iluminación y pueden disponer de un tempor izador que asegura que después dedetectar movimiento habrá un tiem po d e encendido mínimo .

    También pueden estar conectados a un sistema de contro l y en determinadoshorarios s ervir para encend er i luminación y en otras franjas horarias servir como detectores de intrus ión. ¿? 

     El otro uso más c omún de est os detectores es la segurid ad ante intrusión 

    (robo). Suelen estar conectados en ser ie (bucle) a un sistema de alarma , deforma que cuando uno detecta movimiento o se cortan los c ables, se act iva la alarma.

    Cada vez es más común que estos sistemas sean inalámb rico s (para facilitar lainstalación) y que incorporen cámara y m icrófono para mo nitorizar el lugar encaso de incidente. Pueden combinarse con un sistema de contro l .

    Estos sensor es suelen entregar u n valor ‘0’ / ‘1’ (reléabierto o c errado) que n os da in form ación de si está activado o no.

  • 8/16/2019 Sensores; control automatico

    15/36

    Sensores• Sensores de di ferentes t ipos para domót ica e inmót ica 

    Usados p ara aplicaciones esp ecíficas, podem os des tacar los sigu ientes sistem as de detección: 

    • Otros detectores de intrus ión: Usados para ges tión de en ergía (  ¿?  ) y par a s is temas de seg u r id ad .

    •  Apertura de puertas, persianas, ventanas, rotura de cristales, vibración, pisadas en suelo, etc 

     Los sensor es de apertura de puertas, ventanas, persianas, etc. Se suelen basar en unco nj un to imán / re léreed . El imán m antiene en una p osición el int errupto r y al retirarse cambia de estado (cerrado/abierto).

     Algunos detectores de vibración / m ovimiento se basan en pequ eñas lám in as metáli ca s con un contrapeso que hacen contacto al detectar movimiento o activan un generador pi ezo eléct ri co , antiguamente se usaban ampollas de mercurio (metal conductor), pero al ser venenoso se han ido retirando del mercado.

    Los detectores de ro tura de cr is ta les suelen ser micrófonos que filtran y reconocen el ruido agudo que hace un cr is ta l a l romperse , también hay pegat inas muy f inas con un hi lo conduc to r que se pegan al cristal y que cuando se rompen, se interrumpe la circulación decorriente.

    Detectores presión suelo , dispositivos que detectan cambios de presión, instalados bajo suelosensible (parquet, goma, etc.).

    Relé‘re ed ’ 

    Im án 

    Re léreed interno 

    Re léreed interno 

    Im án 

    Estos sensores suelen entregar u n valor ‘0’ / ‘1’ (reléabierto o c errado) que no s da info rmación d e si está activado o no .

    Detector rotura cr is ta l Detector presión para suelos  Detectores apertura 

    puertas, ventanas, etc.Ajuste sensib i l idad 

    Detector vibracio nes 

  • 8/16/2019 Sensores; control automatico

    16/36

    Sensores

    • Sensores de di ferentes t ipos para domót ica e inmót ica 

    Usados p ara aplicaciones esp ecíficas, podem os des tacar los sigu ientes sistem as de detección: 

    • Detectores de hum os / incendios : Seguridad en hogar y edi f ic ios inte l igentes.

     Usados en todo tipo de edificios, suelen estar conectados a una central de alarma de incendios o en el caso de hogar pueden tener una simple

    alarma acústica (alertar incendios nocturnos, aviso a residentes y vecinos, etc.).

    La mayoría de sensores de humos son de los tipos: óp ti co s , te rm o ión ic os o te rm oveloci métr ic os .

    Ópti cos : Detectan con una fotocélula que el aire pierde transparencia y deja pasar peor la luz (existencia de humo ).

    Iónicos: Se basan en la reduc ción de flu jo de co rrien te eléctr ica constituida por mo lécu las io ni zada s por una fuente radioactiva entreelectrodos al penetrar el humo .

    Term ovel oci métric os: Miden la velocidad de crecimiento de la temperatura . Normalmente se regula su sensibilidad a unos 10ºC/min. Sebasan en fenómenos diversos como dilatación de una varilla metálica.

    Estos sensores suelen entregar u n valor ‘0’ / ‘1’ (reléabierto o c errado) que no s da info rmación d e si está activado o no .

    Detector ópt ico de hum o 

    Detector iónico de hu mo Comparat iva de t iempos de respuesta de detección 

  • 8/16/2019 Sensores; control automatico

    17/36

    Sensores

    • Sensores de di ferentes t ipos para domót ica e inmót ica 

    Usados p ara aplicaciones esp ecíficas, podem os des tacar los sigu ientes sistem as de detección: 

    • Detectores gases tóxicos, pel igrosos y contaminación: Seguridad en h ogar y edi f ic ios inte l igentes.

     Usados en todo tipo de edificios, en hogar so lo se suelen instalar los de gas (butano, prop ano, etc.), en edificios intel igent es y aparcamientos se suelen instalar además detectores de CO (mon óxido de carbono / gases automóvi les tóxicos) , CO2 (d iox ido de carbono / cal idad de aire en lugares públicos ) y de contaminación o cal idad del aire en lugares de pública concurrenc ia o estaciones de medida en zonas urbanas.

    Detector de gas y d e CO 

    Sensor de cal idad de aire 

    Panel de exposi c ión de dato s Senso r de gas y un i dad ensamb lada con al arma 

    Sensor de CO (monóxido de carbono) 

    Unidad de detecc ión y alarma de CO 

  • 8/16/2019 Sensores; control automatico

    18/36

    Sensores

    • Sensores de di ferentes t ipos para domót ica e inmót ica 

    Usados p ara aplicaciones esp ecíficas, podem os des tacar los sigu ientes sistem as de detección: 

    • Detectores de inun dación, l luv ia y m eteorológicos: Usados en ho gar y edi f ic ios inte l igentes.

     Los de inund ación se usan en hog ar para prevenir daños m ayores y c ortar el sum inistro , en cambio en edificios se suelen usar en sótanos y gara jes para avisar y poner en marcha bomb as de evacuación de agua .

    Los sensores de l luvia pueden tener diversa uti l idad , como bajar persianas, recoger o tender toldos, etc. Sobre todo se usan en hogar.

    Los meteorológicos se usan en hogar y en edificios para actuar so bre told os, persianas, ahorr o energético, etc. También pueden formar partede redes de recogida de datos distribuidas por la geografía de una zona geográfica.

    Sensor de inund ación (detal le de sonda) 

    Velocidad y dirección del aire 

    Humedad Temperatura Pres ión atm os féric a 

    Detector de lluvia 

    Pluviómetro 

    Sistema de corte de agua vivienda accion ado al detectarse inundación ( No es un sensor, es un actuador ) 

  • 8/16/2019 Sensores; control automatico

    19/36

    Sensores

    • Sensores de di ferentes t ipos para domót ica e inmót ica 

    Usados p ara todo tipo d e aplicaciones , casi siemp re está present es, tanto en ho gar com o en edif icios in tel igentes.

    • De accionamiento manual : Pulsadores, interruptores, tec lados, potenciómetros, etc.

     Están presentes para poner en march a sistemas, seleccionar opcio nes, ajustar parámetros , etc , se trata de los pulsadores, in terruptores,conm utadores, potenc iómetros, teclados numéricos y alfanuméricos, etc. También son parte relevante en un sistema de control.

    Sus mecanismos suelen ser bastante simples y se suelen reducir a conduce/no conduce , act ivo/no act ivo , di ferentes posic iones o casosmás complejos como los teclados d e múltiples teclas, codi f icadores binar ios , de posición , potenciómetros , etc.

    Pulsadores 

    Normaly C losed (NC) 

    Normaly Open (NO) 

    Interruptores  Conmutadores 

    Común 

    Teclados  Potenciómetros 

    In terruptor  Conmutador 

    Potenciómetro 

    Resistencia variable 

  • 8/16/2019 Sensores; control automatico

    20/36

  • 8/16/2019 Sensores; control automatico

    21/36

  • 8/16/2019 Sensores; control automatico

    22/36

    Sensores

    Adaptación d e señales, acond icion amiento de niveles 

    Cuando hablamos de que los sensores ‘entregan’ una inform ación , debemos de tener en cuenta que esa información tiene quetener el mism o formato que la que precisa el sistema de control para poder ‘entenderse’.

      ¿ Quéformat os ‘en ti en den ’ lo s s is temas de contr o l ? 

    • Contacto l ibre de po tencia l: Equiparable a un interruptor , el sens or abre o cierr a un ‘relé’ para indicar al contro l ‘act ivo/no act ivo ’ , por ejemplo, un detector de inundación cierra un interruptor que comunica el control que hay inund ación, no se entrega tensión , se cierra uncircuito interno. El sistem a de con trol está preparado p ara este tipo d e entrada .

    • Entradas digitales tensión: Entradas con un niv el para indicar ‘0’ y otro p ara el ‘1’, admiten cierto margen de tensión y pueden ser de muydiferentes valores y tipos d e tensión . Por ejemplo: 24Vcc para ‘1’, 24 Vca para ‘1’ , 5Vcc para ‘1’, 10Vcc para ‘1’ , 230Vcc para ‘1’, etc.

    • Analógica 0-5V: La tensión que entrega el sensor al sistema de control tiene un nivel entre 0 y 5V , con una relación directa y generalmente 

    l ineal entre el parámetro medido y el n ivel de tens ión ofrecido. Por ejemplo, un sensor de humedad relativa con salid a 0-5V y medida de 0%a 100% de humedad que entregue 2,8V estará indicando una hum edad relativa del 56%. Realizar regla de tres s imple.

    • Analógica 0-10V: La tensión que entrega el sensor al sistema de control tiene un nivel entre 0 y 10V , con una relación directa y generalmente l ineal entre el parámetro medido y el niv el de tensión ofrecido. Por ejemplo, un sensor de temperatura con salid a 0-10V ymedida de -30ºC a 70ºC de temperatura que entregue 5,2V estará indicando una tem perat ura de 22º. Margen med ida 100º (-30 a 70), 1V -> 10ºC.

    • Buc le corrient e 0-20mA : La intensidad que entrega el sensor al sistema de control tiene un margen entre 0 y 20mA , con una relación directa y generalmente l ineal entre el parámetro medido y el nivel de co rriente ofrecido. Por ejemplo, un senso r de nivel de CO con salid a 0-20 mA y medida de 0 a 100ppm de CO que en t regue 6 mA estará indicando una cantidad de nivel de CO de 30 ppm.

    • Buc le corrient e 4-20mA : La intensidad que entrega el sensor al sistema de control tiene un margen entre 4 y 20mA , con una relación directa y generalmente l ineal entre el parámetro medido y el nivel de co rriente ofrecido. Por ejemplo, un sensor de caudal con sal ida 4-20 mA ymedida de 0 a 10 li tros/sg de agua que en t regue 12 mA estará indicando un caudal de 5 li tros/sg . ¡ Ojo: 4mA es el 0 ! 

    • Específicos para son das c oncr etas: Entrada para sond a temperatura Pt100 , para modelo concreto de fabr icante, e tc . Menos flexibles.

    • Protoc olo com unicacio nes específico: El valor se transmite por vías especiales co n pro toco lo especial . (Ver STH11 )

  • 8/16/2019 Sensores; control automatico

    23/36

    Sensores

    Adaptación d e señales, acond icion amiento de n iveles 

    En muchos casos, los cam bios eléctric os que pr odu cen los s ensores , es decir, los parámetros entregados no son adecuados para el sistema de control , en nivel, linealidad , etc . Para solucionar este problema, es muchas ocasiones, es necesario incorporar 

    algún circu ito electrónico extr a que realice labores de adaptación de los p arámetr os que tenemos a los niveles deseado s .

     Ejemplo 1: Tenemos un sensor NTC que produ ce cambios d e resistencia al cambiar la temperatura , ¿Cómo hacemos para que esoscambios pasen a ser unos cam bios de tensión para un sistema de control con entradas analógicas?. Necesitamos un sencillo circuito.

     En este caso, podemos ver, que cuando la resistencia NTC cambie de valor por cambios de temperatura, lasal ida de tensión Vout también cambiará . El sistem a de cont rol tend rá que calcu lar la temperatura existente en función de la ho ja de car acterístic as de la NTC .

     En algunos casos y para faci l i tar la labor de los técnicos, existen circuit os qu e real izan la adaptación de

    señal y la ‘linealizac ión ’, de forma que entregan una señal fáci l d e i nt erp ret ar :

    • Una sonda de temperatur a que mide de 0º a 50ºC y entrega una tensión de sal ida de 0-10V de formaproporcional.

    • 0V=0ºC, 1V=5ºC , 2V=10ºC, 10V=50º , 3.52V=17,6º (regla de tres simple) .Estas sondas son más caras al incorporar la electrónica que realiza la conversión.

     En esta imagen podemos ver un pequ eño c ircu ito de un sis tem a de ad aptac ión d e señal basado en unchip especial izado , con este circuito, el sensor nos entrega una salida de tensión proporcional más fácilde manejar, se puede ver su descripción en: http : / /www.t i .com/product/pga309 

    Estos ci rcu i tos se pueden montar en el sensor , en una caja externa y en algunos casos, en el sistema de contro l, aunque esto implic a que esa entrada solo s ervirá para un tipo d e sensor con creto .

  • 8/16/2019 Sensores; control automatico

    24/36

  • 8/16/2019 Sensores; control automatico

    25/36

    Sensores

    Buc les de corr iente ¿por quése usan? ( 0-20 mA y 4-20 mA ) 

    Cuando se conectan un sensor y un sistema de control con una longitud de cable importante , se pueden producir caídas d e 

    tensión en el cable que cambian la medida , tal y como vemos en la figura, produciéndose un error :

    Si el sensor contro la la corr iente que circula en vez de la tensión de salida, se crea un bucle (lazo) de corr iente que dependerádel parámetro medido y al cual no afectará la long itud del cabl e , ya que el sen sor com pen sará la res ist enc ia añadid a delconductor. Podemos ver en la figura que la corr iente de sal ida del sensor es igual a la de entrada del sistema de control .

    Existe otra modal idad de bucle de corr iente, la sal ida 4-20 mA , donde el valor mínim o es 4 mA y el máximo 20 mA. En lossistemas anter iores, 0V o 0 mA equivalen al valor mínimo d el sensor y si el sensor está averiado o la conexión se interrumpepodemos ‘recib ir ’ un valor 0 que es erróneo. Con el buc le 4-20 mA , en caso de rotura del conductor recibir íamos 0 mA ysabríamos que es un error , ya que el valor mínimo es 4 mA .

    En este bucle ( 4 –20 mA ), una corr iente de 0 mA en la entrada de contro l indicaría un error del sensor.

    Sensor 

    Salida

    0-5 V

    Entrada

    Control

    0-5V

    RiEn el cable hay una pequeña caída de tensión (por ejemplo 0,2 V)

    3,4V Salida 3,2 V

    Sensor 

    Salida

    0-20mA

    Entrada

    Control

    0-20 mA

    RiEn el cable hay una pequeña caída de tensión (por ejemplo 0,2 V)

    pero no importa ya que el sensor mantiene la corriente en el bucle12 mA Salida 12 mA

    Sensor Temper.

    4-20mA

    -10-50º

    Entrada

    Control

    4-20 mA

    RiUna corriente de 4 mA, en este caso, indicaría una temperatura

    de -10º ya que el valor mínimo es 4 mA, la corriente de 20 mA indicaría 50º C4 mA Salida 4 mA

  • 8/16/2019 Sensores; control automatico

    26/36

  • 8/16/2019 Sensores; control automatico

    27/36

    Actuadores

     Actuadores 0/1 –marcha/paro –todo/nada 

    Son los más com unes en los sist emas de cont rol, en muchos casos, los sistemas de control llevan incorporado un dispositivo que permite estemando de equipos externos con órdenes marcha/paro.

    Los elementos más co mun es para realizar este mando son los relés y los con tact ores . Estos dispositivos se gobiernan desde el contro l con tension es y corrientes pequeñas pro pias d e la electrónica y permiten el mando d e tensiones di ferentes (CC y AC) con intensidades super iores.

    Relé Es un componente con un electroimán que al apl icarle corrient e produc e un mo vimient o mecánico q ue cierra circuit os a los que podemosconectar equipos externos . En las siguientes figuras vemos su composición, funcionamiento y características:

    Contactor En caso de precisar corrient es mayores y man dos de más potenc ia recurriremos a los ‘contact ores’ , se basan en el mismo principio de losrelés aunque soportan corrientes superiores por sus características constructivas.

    Tanto en el caso del relé como en el del contactor, es imp ort antísim o res petar l as carac terístic as del mismo:• Tensión de la bobina y con sumo d e la misma : Es la tensión y corriente que tenemos que suministrar para activar el mecanismo• Intensidad y t ensión máxima de los c ontact os de sal ida , pueden existir diferentes valores para C.C. y para C.A. (cargas reactivas ¿? ).

     Es importante asegurarse de que los parámetros de los cont actos del r eléno se ex cedan , en el caso de la imagen, podemos ver quela corriente máxima admitid a es de 10 Amp  para diferentes

    tensiones. En algunos casos los relés están incluidos en el sistemade control y habrá que ver c aracterísticas de las sal idas c on relé .

     ¿Quéha cer si ne ces it am os gobe rn ar más co rr ie nt e? 

  • 8/16/2019 Sensores; control automatico

    28/36

    Actuadores

    En caso de s i s temas domót icos (persianas, luces, sirena, etc.), su ele b ast ar c on peq ueños relés: 

    • Control i luminación de jardín, habitaciones, etc.• Abrir o cerrar electr oválvu las de riego, agua, gas, etc.• Motores de persianas, toldos, bombas de agua, etc.• Calefacción, aire acondicion ado, etc.• Sirena alarma (luz y sonora).• Monitorización video .

     En el caso de inmótica se suele trabajar con pot enci as más elevad as y es común necesi tar contactores , en

    estos casos se puede usar el pequeño relé de un sistema de control para act ivar e l contactor que sea preciso por la potencia del equipo a controlar.

    • Resistencias calefactoras .• Bomb as de agua caliente o fría para calefacción.• Sistemas de i luminación de planta, garaje, aparcamientos, farolas, etc.• Compresores, vent i ladores, enfr iadoras, unidades de azotea, etc (sistemas de clima ).• Ges tión de en ergía , ahorro energético.• Contro les de accesos peatonales y de vehículos.• Alarmas sonoras y luminosas, etc.• Gestión de agua cal iente sanitaria (ACS) en hoteles, hospitales, etc.

    Actuadores 0/1 –marcha/paro –todo/nada 

  • 8/16/2019 Sensores; control automatico

    29/36

    Válvulas para contro l de paso de agua cal iente controladas por tensión 0-10V.

    Permite ajuste de paso de fluido v ariable.

    Actuadores

     Actuadores co n niveles intermedios y ajustables 

     A veces es necesario que se activen sistemas con valores di ferentes a todo/nada , por ejemplo, un motor con diferentes velocidades,i lumin ación ajustable en intensidad, etc . Para ello, precisamos actuadores que respondan a salidas típicas de control con valores variables. Como

    vimos anteriormente las sal idas co n valor es ajustables más us adas so n 0-10V, 0-5V, 0-20mA y 4-20mA .

    Por ejemplo, un actuador p ara controlar el nivel de iluminación (dim mer) de unas lámparas flu orescente se puede con trolar con t ensión 0- 10V , correspondiendo 0V a apagado, 10V para que estén to talmente encend idos y los valor es interm edios para n iveles de luz interm edios .

    Dimm er i luminación f luorescente controlado por sal ida 0-10V 

    Paso de aire ajustable 4-20 mA - HVAC 

    Vent i lador velocidad ajustable 0-10V 

    (HVAC) 

  • 8/16/2019 Sensores; control automatico

    30/36

    Otros elementos  Aparte de los sensores y actuadores, existen otros elementos importantes que forman parte de los sistemas de contro l , a continuación vamos a

    describir los más importantes.

    Interfaces  Se podrían describir como los elementos que permi ten a los usuar ios entregar y recib i r in formación del sistema de contro l , es decir que

    hacen de ‘enlace’ entre el usuario y el sist ema para: inform ar, config urar, establecer parámetro s, dar avisos , etc .

    Existen muy simples y más complejos, normalmente dependiendo de la complejidad de la instalación.

    Sencillo interfaz para cont rol cl imatización ,podemos ver estado del sistema y ajustar valores del mismo (botonera).

    En sistem as más co mplejos , los interfaces tienen que cubrir diversas necesidades y se recurre frecuentemente a pantal las tácti les esp ecializad as.

    Con el crecimiento de las plata formas móviles, cada vez se desarrollan másinterfaces mediante ‘apps’ endispositivos t ab l et o smar t p hone .

    Para sistemas más comp lejos, a veces se precis an otro s interfac es 

  • 8/16/2019 Sensores; control automatico

    31/36

    Otros elementos

    Interfaces 

     En instalaciones de inmótica o ‘Smartc i t ies ’ es común que sea necesario la moni tor ización y co ntro l de cientos o m i les de puntos , en estoscasos, se suele recurrir a prog ramas más po tentes para im plementar el in terfaz (HMI), ‘SCADAS’ ( Supervisory Control And Data Acquisition).

    Suelen estar insta lados en ordenadores dedicados y bajo la superv is ión de respons ables de mantenimiento / contro l .

    En estos programas , el usuario se desplaza por diferentes pantal las para poder acceder a todos los compon entes de la instalación.

    También se usan disposi t ivos móvi les , perosu uso su ele estar l imitado a avisos dealarm as técn icas o conf igu ración de parámet ros .

    Existen t ambién ‘Scad as’ a los que s e accede po r Internet, p ero so n más comu nes en ‘dom ótica’ 

  • 8/16/2019 Sensores; control automatico

    32/36

    Otros elementos

     La constituyen todos los elementos q ue dan soporte a la insta lac ión y permi ten su despl iegue :

    • Cableado de comunicaciones (bus de datos).• Cableado de alimentación .• Canalizaciones .• Cuadr os y armar ios eléctr ico s.• Fuentes de alimentación equipo s.• S.A.I. si son nec esarios.• Prot ecci on es eléctr icas.• Equipos de soporte .• Protoco lo de comunicaciones. (* ) • Sistemas d e enlace y pasarelas. (*) • Etc.

    Infraestructura 

    Protocolo de com unicaciones Es el conjunto de reglas, símbo los y organización de las comun icaciones en el sistemas de cont ro . Existen diferentes protocolos decomunicaciones, los más importantes en la actua l idad son: KNX, LonWorks y BacNet. Estos tres protocolos son ‘abiertos’, es decir, cualquier fabricante puede usarlo en sus productos sin tener que pagar por su uso.

    Existen mul t i tud de protoco los propie tar ios ( de fabricantes específicos) y otros más ant iguos que no vamos a mencionar por su tendencia a desaparecer por el avance de los anteriores.

  • 8/16/2019 Sensores; control automatico

    33/36

    Otros elementos

     Son los elementos que permi ten la comunicación en el sistema de contro l a l cambiar de m edio :

     ¿Quéquie re dec ir es to ? , mej or veamos ej em p lo s… 

    • Un sistema de contro l en una viv ienda mediante KNX va a ser moni tor izado y co ntro lado desde Internet por su propietario: El bus KNX está en la vivienda y no tiene nada que ver con Internet. Disponemos de conexión a Internet mediante ADSL o fibra óptica . Se instalará una ‘p asarela’ KNX Ethernet con un softw are que permita el acceso al ‘bus’ /instalación desde Internet .

    • Un s i s tema ‘ i nmóti co ’ BACNet de un ed if i c io se quiere enlazar con ot ro edific io que tam bién us a BACNet para integrarlo: La distanc ia existente no perm ite un enlace cableado  Los dos edi f ic io pertenecen al mismo propie tar io que d esea un contro l uni f icado . Instalaremos dos pasare las BACWiFi (una en cada edi f ic io) , que permitan la unión de las dos redes BACNet .

    • En un supermercado con un sistema de contro l insta lado se desea mo nitorizar t odas las islas de co ngelados y cámaras f rigoríficas sintener que realizar una infraestructura de cableado que sería muy costosa por la obra civil necesaria.

    El contro l existente está moni tor izado por un PC conectado a un bus LonWorks y a una red de datos ethernet. Instalaremos en las islas de congelados y cámaras frigoríficas senso res con mem oria con com unicacio nes ZigBee. Instalaremos una pasarela ZigBeeEthernet que permita al PC comunicarse y leer los datos de la red de sensores ZigBee.

    Pasarelas y sis temas de enlace 

    Pasarelas ejemplo s 

    ZigBee BACnet 485, BACNet Wifi y KNX Ethernet

  • 8/16/2019 Sensores; control automatico

    34/36

    Una instalación de control es el ‘s is tema nerv ioso ’ de la vivienda, edificio, entorno de uso y:

    Es capaz de detectar un cambio en las instalac iones contro ladas .

    Puede reaccionar a la detección d e sucesos .

    A lmacena l os even tos a lo largo de la vida de la instalación.

    Definición 

    “Un sistema de co ntro l es el co njunto de dispo si t ivos físicos c apaces de recib i r información de su entorno,procesar la, regis t rar la y actuar sobre dicho entorno en función de los datos almacenados o p et ic iones del usuar io”.

    Sistema de control

    Detección de Alarmas:

    de protecciones eléctricas. de incendios.

    de potencia.

    de accesos, etc.

    de inundación.

    etc.

    Encendido y apagado de circuitos:

    de alumbrado.

    de aire acondicionado.

    de extractores,

    sistemas multimedia,

    riego,

    etc.

    Control de señales:

    de temperatura.

    de presión.

    de humedad,

    de nivel de líquidos,

    presencia,

    etc.

    Regulación:

    de iluminación

    de climatización.

    de sistemas ACS,

    de la calidad del aire,

    ventilación,

    etc.

    Sistema

    de

    Control

  • 8/16/2019 Sensores; control automatico

    35/36

  • 8/16/2019 Sensores; control automatico

    36/36

    SoftwareTipos de sof tware usados en con trol control 

    Podemos distinguir, de forma genérica tres tipos de software usados en sistemas de control:

    Software de Usuario: 

    • Debe de ser lo más fácil de u sar po sib le , evitando tecnic ismos no necesarios .

    • Va destinado al uso cot id iano del sistema (usuario viv ienda , operar io de m antenimiento edif ic io, etc .)

    • SCADA, interfaz HMI , etc.

    Software de imp lantac ión / c onf iguración: 

    • Usado por lo s técnic os en la in stalación y pu esta en marcha del sis tema .

    • Se usa para def in ir la instalación, conf igurar la y ponerla en u so .

    • Requiere conocim ientos técnicos de los equip os ins talados y de los pro tocolos empleados .

    Software de desarrol lo: 

    • Creado por los técnic os que d esarrollan el pro duct o (fabri cante ).

    • Permite cambiar la programación interna de los sistemas de control .

    • Requiere conocim ientos profundos del sistema y de programación .

    • Usado p or los técnic os de im plantación en po cas ocas iones .

    Software de interfaz usuario –Hogar y edif ic io intel igente (pantal la de calderas) Software tecnico de un sistema Lonw orks