Sistemas Automáticos

Los sistemas automáticos son máquinas que pueden funcionar sin la intervención directa del ser humano.

Diagramas de Bloques

En un diagrama de bloques, cada bloque se identifica con un componente del sistema, y las flechas indican la dirección en la que se procesa la información.

Componentes Fundamentales del Automatismo

• Señal de entrada: Es la magnitud que primero analizan los automatismos. El automatismo actuará de una manera u otra en función de este valor. Ejemplos: el nivel inicial de suciedad de la ropa, la temperatura inicial de una habitación, etc.
• Señal de salida: Es la magnitud que produce como resultado el automatismo. Ej.: nivel final de suciedad de la ropa.
• Unidad de control: Es el corazón de un sistema automático. Es donde se realizan los cálculos, se controla el tiempo y desde donde se envían las instrucciones a los actuadores.
• Actuadores: Son los componentes que actúan directamente sobre la salida.

Tipos de Sistemas Automáticos

• Sistemas de lazo abierto: La señal de salida no es tenida en cuenta por la unidad de control. Ejecutan una serie de instrucciones previamente programadas de manera secuencial.
• Sistemas de lazo cerrado: Pueden detectar, mediante unos sensores, qué efectos están produciendo y, en función de ellos, modificar las instrucciones que envían a los actuadores.

Robótica y Evolución

Un robot es un tipo de automatismo programable con cierta movilidad y capacidad de manipular objetos e interactuar con el entorno.

Evolución Histórica de los Robots

1. 1ª Generación (Años sesenta): Lazo abierto.
2. 2ª Generación (Años setenta): Aprendizaje. Pueden observar y memorizar. Lazo cerrado.
3. 3ª Generación (Años ochenta): Unidad lógica. Sensores avanzados de visión.
4. 4ª Generación (Años noventa): Capaces de adaptarse mejor al entorno y aprender.
5. 5ª Generación (Años 2000): Usan inteligencia artificial.

Grados de Libertad (GDL)

El número de GDL de una articulación que une dos piezas (una fija y otra móvil) es el número de variables necesarias para determinar la posición de la pieza móvil.

• Rotacional: Permite el giro de un elemento respecto a un punto. La posición de dicho elemento queda descrita por el ángulo de giro.
• Prismática: Es la articulación típica de los brazos telescópicos.

Sensores y Captación de Datos

Los sensores sirven para detectar las señales de entrada o de salida en los automatismos, transformando los cambios producidos en una magnitud en cambios en otro tipo de magnitud. Se pueden utilizar solo para realizar medidas, o bien para desencadenar la activación de un actuador.

Características Clave de los Sensores

• Rango de medida: Intervalo de valores de la señal de entrada que un sensor puede medir con cierta precisión.
• Resolución: Mínima variación de la señal de entrada que el sensor es capaz de percibir.
• Precisión: Nivel de exactitud con que mide nuestro sensor en comparación con otro que consideramos ideal y al que llamamos sensor patrón.
• Linealidad: Grado de semejanza de la curva de respuesta del sensor a una recta.
• Sensibilidad: Relacionada con lo inclinada que sea la curva de respuesta.
• Tiempo de respuesta: Tiempo en que un sensor ofrece una respuesta a la variación de la señal de entrada.

Clasificación de Sensores

• De contacto o microinterruptores (fin de carrera): Dispositivos electromecánicos que actúan como pulsadores que se pueden configurar como cerrados o como abiertos.
• De inclinación: Sirven para detectar cambios en la orientación o en la inclinación de objetos.
• De iluminación: Los más comunes son las fotorresistencias o LDR, resistores cuya resistencia eléctrica varía con la luz.
• De sonido: Micrófonos, que convierten la presión sonora en una señal eléctrica que necesitará ser amplificada para ser procesada. (También se incluyen los Piezoeléctricos y Capacitivos).
• De temperatura o termistores:
  • NTC: Son los más utilizados; cuanto mayor es la temperatura, menor es su resistencia.
  • PTC: Suelen utilizarse como fusibles porque su resistencia crece con la temperatura. Cuanta más corriente pasa a través de ellos, más se calientan.
• De nivel de líquido: Los activados por flotador (o boya), un objeto que flota en el líquido y que está unido a una palanca que activa un pulsador.
• De proximidad:
  • Por iluminación: Emplean un emisor de luz y un receptor. El receptor solo recibe la señal del emisor tras haber rebotado en el objeto.
  • Por ultrasonidos: Funcionan emitiendo ultrasonidos y recibiéndolos tras haber rebotado en objetos próximos.

Actuadores y Ejecución de Órdenes

Los actuadores son los elementos que influyen directamente en la señal de salida de un automatismo, modificando su magnitud según las instrucciones que reciben de la unidad de control. Cuando los actuadores consumen mucha energía, puede ser necesario amplificar la señal que procede de la unidad de control mediante un elemento adicional que se llama driver.

Actuadores Luminosos

• Bombillas o lámparas: Compuestas por un filamento muy delgado de wolframio que eleva mucho su temperatura y emite luz. Para que el metal no se funda, se introduce dentro de una ampolla de vidrio. Las bombillas son actuadores no polarizados.
• Diodos o LED: Son diodos que emiten luz cuando son atravesados por la corriente eléctrica. Son receptores polarizados. Su terminal más largo tiene que conectarse al borde positivo de la pila.

Actuadores y la Ley de Ohm

Bombilla: No cumplen la ley porque su resistencia no es constante, sino que varía con la temperatura.

LED: No satisfacen la ley, ya que su resistencia es casi nula cuando conducen.

Actuadores Mecánicos

• Motores: Formados por un eje que tiene enrollada una bobina que se mueve en el interior de un imán cilíndrico. Cuando la bobina recibe la corriente, se convierte en un electroimán que se opone continuamente al imán cilíndrico, lo que provoca que el eje gire continuamente.
• Servomotores: Son actuadores constituidos por un motor DC, un mecanismo reductor y un circuito controlador.
• Cilindros neumáticos: Son los de doble efecto, porque la carrera o pistón se puede controlar tanto hacia fuera como hacia dentro. Si el fluido que hay en su interior es aceite en lugar de aire, se los llama cilindros hidráulicos.

Elementos de Control y Lógica

Los Relés

Son un tipo especial de actuador que no se encuentra al final del automatismo, sino en una etapa intermedia. Constan de un electroimán que, cuando recibe corriente, activa un conmutador. Cuando no recibe corriente, el conmutador vuelve a su posición inicial.

Programadores

Dispositivos incluidos en el bloque de la unidad lógica de un automatismo. Entre sus funciones se encuentran: procesar las señales recibidas de los sensores y controlar el tiempo.

Los PLC (Controladores Lógicos Programables) controlan procesos industriales secuenciales y son versátiles porque se podían programar para controlar máquinas.

Microcontrolador

Pequeño computador construido dentro de un circuito integrado. Posee poca memoria, un procesador muy sencillo que solamente reconoce unas pocas instrucciones básicas y al que se le pueden conectar unos pocos periféricos.