Sistemas de Lazo Abierto

Son aquellos en los que la señal de salida no tiene influencia sobre la señal de entrada. El operador actúa sobre la señal de mando. Un transductor se encarga de transformar una magnitud de entrada en otra de salida, llamada señal de referencia. Esta señal, una vez amplificada, actúa sobre el proceso para obtener la señal controlada. En los procesos de lazo abierto tiene mucha importancia la variable del tiempo.

Sistemas de Lazo Cerrado

Son aquellos en los que existe una realimentación de la señal de salida. El captador detecta la señal de salida para utilizarla de nuevo, mide la señal controlada y la transforma en una señal que puedan entender los demás componentes del sistema. Los tipos más habituales suelen ser neumáticos o eléctricos. En el siguiente paso se compara la señal de referencia con la señal controlada, para saber cuáles son sus diferencias.

Transductores

Transforman la señal que sale del sensor en una señal eléctrica que se puede utilizar para medir. El sensor es una parte del transductor.

Tipos de Transductores:

De Posición

• Finales de carrera mecánicos: Son interruptores que sirven para detectar la posición de una determinada pieza. Pueden ser de palanca, émbolo o varilla.
• Sensores de proximidad inductivos: No necesitan contacto físico. Utilizan un campo magnético para reaccionar frente a un objeto que se quiera detectar. Pueden ser de palanca, émbolo o varilla.
• Detectores inductivos sensibles a materiales ferromagnéticos: Un campo magnético es detectado por un material ferromagnético. Se utilizan cuando son precisas muchas actuaciones, o no hay sitio para los de tipo mecánico, o el ambiente puede dificultar el funcionamiento. No se pueden usar donde haya campos magnéticos.
• Detectores inductivos sensibles a materiales metálicos: Se usa un campo magnético variable, que define el campo de sensibilidad del dispositivo.
• Sensores de proximidad capacitivos: Se aprovecha un campo eléctrico para reaccionar frente al objeto que se quiere detectar. Precauciones:
  • No se deben utilizar productos adhesivos.
  • El producto debe tener densidad suficiente para perturbar el oscilador del sensor.
• Sensores ópticos: Se clasifican en dos grupos: directos y con fibras ópticas acopladas. La luz se detecta por reflexión. La fibra óptica permite realizar una detección puntual. Para distancias superiores a 200 mm, se utilizan células fotoeléctricas. Los tres sistemas principales son: barrera, reflexión y proximidad.

Transductores de Desplazamiento

• Medidas a grandes distancias: Se utiliza el radar. Se compone de un transmisor de radiaciones electromagnéticas generadas por un oscilador modular a impulsos.
• Medidas de distancias cortas: Se utiliza un potenciómetro, acoplado sobre un eje roscado, que determina la posición del elemento móvil.
• Medida de pequeños desplazamientos:
  • Resistivo: Se utilizan galgas extensiométricas para variar su resistencia al ser deformadas, y para medir su deformación.
  • Inductivos y Capacitivos
• Medida de ángulos: Los transductores pueden ser: resistivos, inductivos, capacitivos y discos codificados.

Transductores de Velocidad

• Tacómetro: Indica la velocidad de la máquina a la que va acoplado. Mide una magnitud física o mecánica.
• Medidor de velocidad por impulsos y sistemas ópticos: El detector da una presión que nos permite conocer el número de veces que la cinta pasa por el detector.

Transductores de Presión

• Mecánicos: Elementos de medida directa que miden la presión comparándola con un líquido de densidad y altura conocidos.
  • Manómetro de presión absoluta
  • Manómetro de columna de líquido
• Electromecánicos: Utilizan un elemento mecánico elástico, junto con un transductor eléctrico, que genera la señal eléctrica. Uno de los más empleados son los piezoeléctricos, que se basan en la propiedad de que algunos cristales producen cargas eléctricas si están sometidos a un esfuerzo.

Transductores de Temperatura

• Termorresistencias: La relación entre la resistencia y temperatura de un cuerpo se expresa: RT = R0 (1 + αT).
• Termistores: Son semiconductores a base de óxidos metálicos, en los que el coeficiente de temperatura es elevado y varía de forma lineal con la temperatura. Pueden ser: PTC ó NTC.
• Termopares: Están basados en la unión de dos metales distintos por uno de sus extremos. Cuando se calienta, se desarrolla una diferencia de potencial que es proporcional a la diferencia entre ambos termopares de los dos extremos.
• Pirómetros de radiación:
  • Pirómetros ópticos
  • Pirómetros de radiación total

Transductores de Luz

• Hacen uso de las radiaciones luminosas.
• Resistencias LDR: Utilizan la propiedad de algunos materiales de variar su resistencia eléctrica con la luz.
• Fotodiodos: Cuando la luz incide sobre el elemento, se genera una corriente eléctrica. Cuando no hay luz se comporta como un diodo normal.

El Controlador

Es el cerebro del bucle de control, y es el encargado de comparar una variable física con el valor deseado, interpretar el error, y actuar para anularlo.

Tipos de Controladores:

El Controlador de Acción Proporcional

Cuando en un control proporcional se presenta una desviación entre el punto de consigna y el valor real, el elemento final se modifica proporcionalmente al error. La función de transferencia es la siguiente: G(s) = Kp.

El Controlador de Acción Integral

La señal de salida varía en función de la desviación y el tiempo en que esta se mantiene.

El Controlador de Acción Derivativa

La salida debe cambiar proporcionalmente a la variación de la medición. Función de transferencia: G(s) = Kp(1 + td.s).

El Controlador PID

Se utiliza en procedimientos lentos, en los que existe variaciones de carga, para que el efecto de las perturbaciones sea menor y para que la medición se recupere antes.