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El uso de las entradas analógicas en los PLC les permite interactuar con el mundo externo.

Entradas analógicas en los PLC. Sensores y conversión analógico-digital.

20/07/2018
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La automatización cada vez se posiciona con mas fuerza en el ámbito industrial. Una de la necesidades más importantes de los autómatas es relacionarse con el mundo real y entre ellos mediante los buses de campo. Para adquirir datos externos, procesarlos y generar una respuesta. La forma de adquirir estos datos es mediante las entradas analógicas en los PLC.

Estas entradas permiten la conexión con sensores o dispositivos de medición. Estos elementos realizaran una conversión entre la magnitud física que midan y una magnitud eléctrica que el PLC pueda trabajar.

El PLC trabajara con estos datos en función de la programación interna que se le haya establecido. Y generara una señal de salida que volcará sobre un elemento actuador que realizara la acción deseada.

Por ello el comprender el uso de las entradas analógicas en los PLC es vital para su correcto uso. Debido a que el resultado final depende directamente de que hayamos configurado de forma adecuada nuestra entrada inicial.

Para ello veremos alguno de los sensores que podemos conectar a las  entradas analógicas en los PLC. Además de ver las distintas conversiones que se deben realizar para que el sistema las gestione de forma adecuada.

Uso de sensores para la conexión con los PLC.

Los sensores miden una variable física y ofrecen voltaje o intensidad a la salida para que sea leída por las entradas analógicas en los PLC.

La forma mas habitual de gestionar las variaciones de estas magnitudes eléctricas es mediante un puente de  Wheatstone . Un puente es una configuración de cuatro resistencias  alimentadas por tensión o corriente y en la que medimos el voltaje de salida entre ambos pares de resistencias. Una de estas resistencias será variable respecto a una magnitud física, la que nosotros medimos. Al variar esta resistencia el voltaje de salida será distinto y esa tensión será leída por la entrada analógica de nuestro PLC.

Puente de wheatstone para entradas analógicas en los PLC

 

Ciertos sensores ofrecen la medición de las variables físicas mediante la variación en una capacidad en vez de una resistencia. En este caso se construirá un puente capacitivo que seguirá la misma filosofía que los puentes resistivos. Aunque tendrá capacidades en lugar de resistencias.

Algunos de los sensores más usados

  • Sensor de humedad: Estos sensores miden la cantidad de agua que está contenida en el ambiente o en gases de forma general. Generalmente esta medición se observa sobre el cambio de la capacidad en un condensador o una resistencia. Esta capacidad o resistencia varía en función de la permitividad del aire que le rodea. Esta a su vez variará con la cantidad de agua que contenga. La variación de la capacidad es lenta, por lo que no suelen usarse para cambios bruscos de humedad.  Se suelen limitar entre un 5% y un 90% de humedad relativa con una exactitud del 3% para los modelos mas estándares.
  • Sensor de temperatura: Los mas usuales son los de carácter resistivo. Estos varían el valor de su resistencia con la temperatura que tengan. Existen en ambos sentidos es decir, que aumenten su resistencia con la temperatura o que la disminuyan. Las mas usadas son las NTC, PTC y RTD. Todas tienen un carácter exponencial por lo que se intenta trabajar siempre entre sus tramos lineales.
  • Sensor de presión: Se basan en el cambio de magnitud de una resistencia. Se medirá sobre un material deformable, al aumentar la presión del ambiente esta variará la forma de la superficie. Este cambio de superficie modificará también el valor de la resistencia. Se puede calcular también sobre una capacidad. La presión varía la longitud entre las placas planoparalelas del condensador y varía su capacidad.
  • Célula de peso: Las células de peso funcionan mediante el efecto piezoelectrico. Este efecto provoca que al variar la proximidad entre dos cristales, estos se polarizan electricamente. Lo que genera una diferencia de potencial entre ellos que podemos medir y relacionar con la fuerza que se le ha aplicado.

Conversión entre datos analógicos y digitales.

Para que el autómata procese las variaciones de corriente o voltaje deben pasar de analógico a digital mediante un conversor. El valor digital que se obtiene es una palabra de un numero determinado de bits cuyo valor binario cambia en función del valor analógico que tengamos. Si, por ejemplo, la salida de un sensor nos da un valor de 5 voltios cuando esta encendido y 0 voltios cuando esta desactivado. Las entradas analogicas en los PLC codificarán esta información con un 1 o un 0 para cada situación.

Estos valores pueden ser muy variables por lo que el PLC normaliza los valores que adquiere sobre una escala interna. Realizandole una interpolación rectilínea. Tomando como pendiente la ganancia de la conversión del valor real al normalizado. Esta se calcula como el cociente entre la diferencia de los valores limites normalizados y la diferencia de los limites de los valores que tomamos en la entrada analógica.

Se le añade una compensación para corregir el error en el 0 que ocasionaria el offset que se pueda introducir por parte de los sensores. Esta compensación se calcula como el valor de offset por la ganancia.

Con este procedimiento obtendríamos un valor normalizado. Sería el cociente entre la diferencia del valor analógico real y la compensación y la ganancia. Ese valor se codificara con n bits y pasará por el conversor analógico-digital obteniendo un valor discretizado del mismo con el que el autómata podrá trabajar.

Conclusiones

Como conclusión podemos entender todos los puntos críticos que hay antes incluso de que comience la función especifica para la que hemos designado a nuestro autómata. La simple elección de como medir las variables que vamos a monitorizar o como gestionarla condicionara todo el funcionamiento posterior. Controlar factores como la tensión de offset, la precisión de nuestros sensores o el rango de valores admisibles de nuestro autómata serán los puntos de partida en la elección de los componentes de nuestro sistema.

En el punto de la conversión analógico-digital existen muchos tipos de conversores con distintas prestaciones. Habitualmente las entradas analógicos en los PLC los llevan incorporados. Controlar y conocer este tipo de conversores puede suponer una mejora en el rendimiento o un abaratamiento en los costes.

Categorizado en: Gestión Integrada

No hay comentarios

  1. fredy dice:

    Hola que pasa si la reslucion analogica analogica de un istrumento es diferente a la resolución analogica de la entrade del PLC

    • Rogelio Delgado dice:

      El rango del instrumento y del PLC debe ser el mismo, por ejemplo si el rango es de 0-5V para que las medidas sean adecuadas el instrumento analógico debe ser de ese mismo rango, en el caso de ser un rango diferente por una parte se registraran medidas erróneas e interpretaciones incorrectas de las mediciones y por otra parte si el modulo de entradas del PLC no cuenta con medidas de protección puede resultar afectado y averiarse.
      Un saludo cordial.

  2. Eduardo Andrade dice:

    Buen día Jorge, Rogelio.

    Primeramente les ofrezco un agradecimiento por este árticulo básico pero bien explicado de como impacta la necesidad de automatizar y como se puede trabajar con dichas entradas, mi pregunta es.

    Estoy buscando la manera de manipular una entrada analógica para que en cierto rango de valor pueda activarme una salida, y en otro rango de valores, me active otra salida, como un tipo switch case dependiendo de lo que esté recibiendo la entrada. ¿Es posible, programar esa aplicación? Estoy utilizando un PLC de la familia Micro800 de Rockwell con la IDE CCW.

    Gracias de antemano, saludos!

    • Rogelio Delgado dice:

      Es posible programa en función del rango de una entrada analogía si el valor es superior a un valor de consigna o si es inferior a este el realizar acciones distintas y por tanto activar una u otra salida.
      Los valores que activen una u otra salida deben estar suficientemente separados para que no haya problemas de interpretación.
      Si el rango es de 5V, por ejemplo de 4 a 5V hacer una acción, y de 1 a 3V hacer otra opción, evitando usar el rango de 3 a 4 para que no se solape y una medida dudosa no realice la acción adecuada.
      La implementación de esta teoría en el autómata concreto dependerá ya del lenguaje de programación y de los rangos de la entrada en concreto.
      Un saludo cordial.

  3. Miguel dice:

    Tego un sensor de ph que trabaja con una salida de miliVoltios ¿omo puedo cnectarla a mi PLC para que trabaja de forma analogica?

    • Rogelio Delgado dice:

      la conexión del sensor con la entrada del plc debe tener el mismo rango, de no ser así tendríamos que contar con un modulo que transcriba el rango del sensor y lo adapte al rango de la entrada analogíca del plc, deberás ponerte en contacto con el fabricante del plc para conocer las posibles soluciones.
      Un saludo cordial.

  4. FABIAN dice:

    Afirmar que es necesario acondicionar una señal análoga como entrada a un PLC. ¿Es cierto o se puede tener la señal a la entrada del PLC sin acondicionarla?

    • Rogelio Delgado dice:

      Los módulos de entrada de un plc pueden ser para señales analogías o digitales por lo que puede que si tenemos el modulo adecuado puedan entrar directamente las señales analógicas, también puede ser que el rango de tensión no sea el adecuado y haya que adaptarlo a la entrada analogía del plc.
      Un saludo cordial.

  5. marcelo dice:

    Hola una consulta que proceso industrial el cual pueda tener dos variables analogicas de medicion
     

    • Rogelio Delgado dice:

      Variables analógicas pueden ser todas aquellas que tengan un rango de medida como: temperatura, viscosidad, densidad, altura, presión, etc…
      Puede haber procesos que requiera controlar varias variables analógicas y en función de los valores actuar en cierta medida.
      Un saludo cordial.

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