“Desarrollo De

Aplicaciones"

Trujillo Castillo Pablo Daniel

adquisición de datos analógicos y digitales

La adquisición de datos, Consiste, en tomar un conjunto de

señales físicas (clima, temperatura, etc.) y convertirlas en

tensiones eléctricas y digitalizarlas de manera que se puedan

procesar en una computadora o PAC. Se requiere una etapa de

acondicionamiento, que adecua la señal a niveles compatibles

con el elemento que hace la transformación a señal digital. El

elemento que hace dicha transformación es el módulo de

digitalización o tarjeta de Adquisición de Datos (DAQ).

Proceso para la adquisición de datos

Dato: Representación simbólica (numérica, alfabética...), atributo o característica de

un valor. No tiene sentido en sí mismo, pero convenientemente tratado (procesado)

se puede utilizar en la relación de cálculos o toma de decisiones.

Adquisición: Recogida de un conjunto de variables físicas, conversión en voltaje y

digitalización de manera que se puedan procesar en un ordenador.

Sistema: Conjunto organizado de dispositivos que interactúan entre sí

ofreciendo prestaciones más completas y de más alto nivel. Una vez que

las señales eléctricas se transformaron en digitales, se envían a través

del bus de datos a la memoria del PC. Una vez los datos están en memoria

pueden procesarse con una aplicación adecuada, archivarlas en el disco

duro, visualizarlas en la pantalla, etc...

Bit de resolución: Número de bits que el convertidor analógico a digital

(ADC) utiliza para representar una señal.

Rango: Valores máximo y mínimo entre los que el sensor, instrumento o dispositivo funcionan bajo unas especificaciones.

Etapa de acondicionamiento de la señal

Amplificación Es el tipo más común de acondicionamiento. Para conseguir la mayor precisión posible la señal de entrada debe ser amplificada de modo que su máximo nivel coincida con la máxima tensión que el convertidor pueda leer.

Aislamiento - Otra aplicación habitual en el acondicionamiento de la señal es el aislamiento eléctrico entre el transductor y el ordenador, para proteger al mismo de transitorios de alta tensión que puedan dañarlo. Un motivo adicional para usar aislamiento es el garantizar que las lecturas del convertidor no son afectadas por diferencias en el potencial de masa o por tensiones en modo común. Cuando el sistema de adquisición y la señal a medir están ambas referidas a masa pueden aparecer problemas si hay una diferencia de potencial entre ambas masas, apareciendo un "bucle de masa", que puede devolver resultados erróneos.

Multiplexado - El multiplexado es la conmutación de las entradas del convertidor, de modo que con un sólo convertidor podemos medir los datos de diferentes canales de entrada. Puesto que el mismo convertidor está midiendo diferentes canales, su frecuencia máxima de conversión será la original dividida por el número de canales muestreados. Se aconseja que los multiplexores se utilizen antes del conversor y después del condicionamiento del señal, ya que de esta manera no molestará a los aislantes que podamos tener.

Filtrado - El fin del filtro es eliminar las señales no deseadas de la señal que estamos observando. Por ejemplo, en las señales cuasi-continuas, (como la temperatura) se usa un filtro de ruido de unos 4 Hz, que eliminará interferencias, incluidos los 50/60 Hz de la red eléctrica.

Las señales alternas, tales como la vibración, necesitan un tipo distinto de filtro, conocido como filtro antialiasing, que es un filtro pasabajo pero con un corte muy brusco, que elimina totalmente las señales de mayor frecuencia que la máxima a medir, ya que se si no se eliminasen aparecerían superpuestas a la señal medida, con el consiguiente error.

Excitación - La etapa de acondicionamiento de señal a veces genera excitación para algunos transductores, como por ejemplos las galgas "extesométricas", "termistores" o "RTD", que necesitan de la misma, bien por su constitución interna, (como el termistor, que es una resistencia variable con la temperatura) o bien por la configuración en que se conectan (como el caso de las galgas, que se suelen montar en un puente de Wheatstone).

Linealización - Muchos transductores, como los termopares, presentan una respuesta no lineal ante cambios lineales en los parámetros que están siendo medidos. Aunque la linealización puede realizarse mediante métodos numéricos en el sistema de adquisición de datos, suele ser una buena idea el hacer esta corrección mediante circuitería externa.

Sistemas electrónicos dedicados a la adquisición de datos

Un Sistema de Adquisición de Datos no es mas que un equipo electrónico cuya función es el control o simplemente el registro de una o varias variables de un proceso cualquiera, de forma general puede estar compuesto por los siguientes elementos:

Sensores.

Amplificadores operacionales.

Amplificadores de instrumentación.

Aisladores.

Multiplexores analógicos.

Multiplexores digitales.

Circuitos Sample and Hold.

Conversores A-D.

Conversores D-A.

Microprocesadores.

Contadores.

Filtros.

Comparadores.

Fuentes de potencia.

Sensores o Transductores: Los sensores tienen un rol vital en todo SAD ellos tienen la función de convertir la variable física que se desea registrar en una magnitud eléctrica (voltaje, corriente, resistencia, capacidad, Inductancia, etc.).

Amplificadores operacionales: En sus configuraciones básicas (inversora, no inversora, amplificadora, conversor de corriente a voltaje, etc.), son usados para garantizar que al conversor A/D le sea suministrado el rango máximo de voltaje y así el mismo pueda dar el mayor número de combinaciones posibles.

Amplificador de instrumentación: puede alternadamente sustituir al amplificador operacional, siempre que la aplicación lo exija, pues los mismos tienen prestaciones superiores a los amplificadores operacionales normales, lo cual hace que sean más costosos. Entre las características de los amplificadores de instrumentación tenemos una impedancia de entrada infinita y una ganancia ajustable en ocasiones mediante una red resistiva de precisión externa o mediante resistores internos de precisión por interruptores o por software.

Los aisladores: Son dispositivos de mucha importancia en equipos o instrumentos que

manejen altas tensiones es necesario garantizar el aislamiento entre los instrumentos de

medición y las fuentes de alta tensión. Entre los dispositivos más comunes son los opto-

acopladores.

Los Multiplexores: Los multiplexores ya sean analógicos o digitales son dispositivos que

nos permiten multiplexar varias entradas en una única salida. Ellos nos permiten que

para registrar varias señales diferentes podamos utilizar un único conversor A/D y con

ello disminuir de forma considerada el costo e un SAD. Generalmente los multiplexores

se pueden dividir por el tipo de salida en simples y diferenciales o por el número de

entradas en de 2, 4, 8 ó 16 entradas

Sample and Hold: Dispositivo electrónico con dos posibilidades de trabajo modo

Sample y modo Hold.

Modo Sample: La señal pasa a la salida del dispositivo tal y como esta en la entrada

del mismo.

Modo Hold: La salida se mantiene en el nivel de voltaje que existía en la entrada en el

momento que la señal hold fue activada.

Conversor Analógico Digital A/D : Dispositivo electrónico que convierte

una señal eléctrica continua (generalmente voltaje) en un código digital

equivalente.

Conversor Digital Analógico D/A : Dispositivo que me convierte un código

digital en una señal eléctrica correspondiente (voltaje o corriente).

Microprocesadores : son los que se encargan de el almacenamiento y

procesamiento de los datos, son dispositivos que se encargan de todas

las funciones de procesamiento de la señal. Estos son de gran importancia

porque son como el corazón del sistema de adquisición de datos.

conceptos de actuador, tipos y sus aplicaciones

Actuador

dispositivo capaz de transformar energía hidráulica, neumática o eléctrica en la activación de un proceso con la finalidad de generar un efecto sobre un proceso automatizado. Este recibe la orden de un regulador o controlador y en función a ella genera la orden para activar un elemento final de control como, por ejemplo, una válvula.

Existen varios tipos de actuadores como son:

Electrónicos

Hidráulicos

Neumáticos

Eléctricos

Actuadores electrónicos

Los actuadores electrónicos también son muy utilizados en los aparatos

mecatrónicos, como por ejemplo, en los robots. Los servomotores CA sin escobillas

se utilizaran en el futuro como actuadores de posicionamiento preciso debido a la

demanda de funcionamiento sin tantas horas de mantenimiento.

Actuadores hidráulicos

Los actuadores hidráulicos, que son los de mayor antigüedad, pueden ser

clasificados de acuerdo con la forma de operación, funcionan en base a fluidos a

presión. Existen tres grandes grupos:

cilindro hidráulico

motor hidráulico

motor hidráulico de oscilación

Actuadores neumáticos

A los mecanismos que convierten la energía del aire comprimido en trabajo mecánico se les denomina actuadores neumáticos. Aunque en esencia son idénticos a los actuadores hidráulicos, el rango de compresión es mayor en este caso, además de que hay una pequeña diferencia en cuanto al uso y en lo que se refiere a la estructura, debido a que estos tienen poca viscosidad.

De efecto simple

Cilindro neumático

Actuador neumático De efecto doble

Con engranaje

Motor neumático Con veleta

Con pistón

Con una veleta a la vez

Multiveleta

Motor rotatorio Con pistón

De ranura vertical

De émbolo

Fuelles, diafragma y músculo artificial

Cilindro de efecto simple

Actuadores eléctricos

La estructura de un actuador eléctrico es simple en comparación con la de los actuadores hidráulicos y neumáticos, ya que sólo requieren de energía eléctrica como fuente de poder. Como se utilizan cables eléctricos para transmitir electricidad y las señales, es altamente versátil y prácticamente no hay restricciones respecto a la distancia entre la fuente de poder y el actuador.

Existen Alambres Musculares®, los cuales permiten realizar movimientos silenciosos sin motores. Es la tecnología más innovadora para robótica y automática, como así también para la implementación de pequeños actuadores.

Actuadores piezoeléctrico

Son aquellos dispositivos que producen movimiento (desplazamiento) aprovechando el fenómeno físico de piezoelectricidad. Los actuadores que utilizan este efecto estan disponibles desde hace aproximadamente 20 años y han cambiado el mundo del posicionamiento de presición. El movimiento preciso que resulta cuando un campo eléctrico es aplicado al material, es de gran valor para el nanoposicionamiento. Es posible distinguir los siguientes tipos:

De tipo pila

De tipo "Flexure"

Combinados con sistema de posicionamiento motorizado de alto rango

Aplicaciones

Los actuadores hidráulicos, neumáticos y eléctricos son usados para

manejar aparatos mecatrónicos. Por lo general, los actuadores hidráulicos

se emplean cuando lo que se necesita es potencia, y los neumáticos son

simples posicionamientos. Sin embargo, los hidráulicos requieren mucho

equipo para suministro de energía, así como de mantenimiento periódico.

Por otro lado, las aplicaciones de los modelos neumáticos también son

limitadas desde el punto de vista de precisión y mantenimiento.

requisitos y alternativas de programación de actuadores

REQUISITOS PARA ACTUADORES ELÉCTRICOS MULTI-

POSICIONADORES

Programación

1. Menús de sólo "pulsar" para seleccionar el idioma y las unidades de programación

2. La lectura continua de la posición y la fuerza del actuador actual en las unidades seleccionadas (pulgadas o métricas)

3. Información acerca del bloque que guía y el motor guardado bajo un número de módulo

4. Carga neta que se mueve

5. Los niveles de velocidad y fuerza pueden modificarse en cada movimiento en incrementos de 1% de los valores máximos

6. Pueden añadirse o eliminarse “cargas netas” extras en cada movimiento como piezas que son manipuladas durante el funcionamiento de la máquina

7. Las posiciones pueden entrarse mediante comandos de teclado o “indicando” el movimiento y almacenándolo en memoria

8. Cuatro “acciones” diferentes pueden entrarse en cada posición:

• Movimiento absoluto • Movimiento relativo

• Un "presionar o estirar" • Sin funcionamiento

9. Ocho movimientos separados y programables a los que se pueden dar “nombres” sencillos como referencia a acciones reales de la máquina

PLC Un controlador lógico programable, más conocido por sus siglas en

inglés PLC (programmable logic controller), es

una computadora utilizada en la ingeniería

automática o automatización industrial, para automatizar procesos

electromecánicos, tales como el control de la maquinaria de la

fábrica en líneas de montaje o atracciones mecánicas.

Requisitos

Los PLCs modernos pueden ser programados de diversas maneras,

desde la lógica de escalera de relés, a los lenguajes de programación

tales como dialectos especialmente adaptados de BASIC y C. Otro

método es la lógica de estado, un lenguaje de programación de alto nivel diseñado para programar PLC basados en diagramas de estado.