filefundamentos_de_sensado
Short Description
Download filefundamentos_de_sensado...
Description
Fundamentos del sensado o detección de presencia Manual de capacitación
Tabla de contenido Prefacio
Visualización en línea con Adobe Acrobat Reader . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Aspectos básicos de la aplicación de sensores ¿Qué es un sensor? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-2 Sensores de contacto y sin contacto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-2 Sensado con salida discreta y con salida analógica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1-3 Características y especificaciones de los sensores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1-3 Normas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-5 Aprobación de agencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1-6 Método de selección de sensores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-7
Salidas y cableado Fuentes de alimentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-2 Voltajes disponibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-2 Voltaje de sensores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-2 Protección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-2 Flujo de corriente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-3
Tipos de salida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-4 Electromecánica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-4 Estado sólido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-5
Cableado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-9 Dos hilos o tres hilos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-9
Lógica de salida y tiempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-12 Retardo de tiempo a la conexión y a la desconexión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-12 Una sola señal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-13 Monopulso retardado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-13 Detección de movimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-14
Interruptores de final de carrera Partes de un interruptor de final de carrera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-2 Componentes básicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-2 NEMA frente a IEC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-3 Carcasas enchufables frente a no enchufables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-3 Funciones y tipos de accionadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-5 Operación y características de los contactos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-7
Ventajas y desventajas de los interruptores de final de carrera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-12 Aplicaciones típicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-13
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
i
TABLA DE CONTENIDO
Sensores de proximidad inductivos Diseño de los sensores de proximidad inductivos . . . . . . . . . . . . . . . . 4-2 Componentes básicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-2 Diseño blindado o no blindado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-3
Consideraciones relativas al objeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-6 Margen de detección frente a material y tamaño del objeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-6 Efectos del material del objeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-7 Efectos del tamaño y la forma del objeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-8 Sensores para todos los metales: selectivos férricos y no férricos . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-8 Movimiento de objetos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-9 Inmunidad a campos de soldadura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-11
Ventajas y desventajas de los sensores de proximidad inductivos 4-12 Aplicaciones típicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-13
Sensores de proximidad capacitivos Diseño de los sensores de proximidad capacitivos . . . . . . . . . . . . . . . 5-2 Componentes básicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-2
Diseño blindado o diseño no blindado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-3 Sonda blindada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-3 Sonda no blindada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-3
Consideraciones relativas al objeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-5 Constantes dieléctricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-5
Consideraciones ambientales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-7 Ventajas y desventajas de los sensores de proximidad capacitivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-8 Aplicaciones típicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-9
Sensores de proximidad ultrasónicos Diseño de los sensores ultrasónicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-2 Componentes básicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-2
Margen de detección y haz efectivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-3 Distancia de detección mínima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-3 Distancia de detección máxima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-4 Haz efectivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-4 Supresión de fondo y objetos no diana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-5 Consideraciones de espacio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-5 Alineación del sensor1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-6
Consideraciones relativas al objeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-7 Tamaño del objeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-8 Distancia entre el objeto y el sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-8
Consideraciones ambientales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-9 Ruido ambiental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-9 Presión del aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-9 Temperatura del aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-9 Turbulencia del aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-9 Medidas de protección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-9
ii
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
TABLA DE CONTENIDO
Ventajas y desventajas de los sensores de proximidad ultrasónicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-10 Aplicaciones típicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-11
Sensores fotoeléctricos Diseño de los sensores fotoeléctricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-2 Componentes básicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-2
Margen de detección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-8 Campo de visión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-8 Distancia máxima de detección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-9 Distancia mínima de detección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-10 Margen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-10 Histéresis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-12 Tiempo de respuesta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-12 Operación por luz/oscuridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-13
Modos de detección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-14 Detección de haz transmitido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-16 Cómo obtener un haz efectivo óptimo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-16 Alineación del sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-17 Contorno del haz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-18
Ventajas y desventajas de la detección de haz transmitido . . . . . 7-19 Aplicaciones típicas para detección de haz transmitido . . . . . . . . 7-21 Sensores retrorreflectivos y retrorreflectivos polarizados . . . .7-22 Sensores retrorreflectivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-22 Sensores retrorreflectivos polarizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-23 Alineación del sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-24 Contorno del haz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-25
Ventajas y desventajas de los sensores retrorreflectivos y retrorreflectivos polarizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-26 Aplicación típica de los sensores retrorreflectivos y retrorreflectivos polarizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-28 Sensores difusos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-29 Sensores difusos de corte abrupto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-30 Sensores difusos con supresión de fondo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-31 Sensores difusos de foco fijo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-31 Sensores difusos gran angular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-32 Alineación de sensores difusos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-33 Contorno del haz de sensores difusos, de corte abrupto y con supresión de fondo . . . 7-33
Ventajas y desventajas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-34 Aplicación típica de sensores difusos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-37 Cables de fibra óptica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-38 Vidrio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-39 Plástico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-39
Ventajas y desventajas de los cables de fibra óptica . . . . . . . . . . . 7-40 Aplicaciones típicas de los cables de fibra óptica . . . . . . . . . . . . . . . 7-41
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
iii
TABLA DE CONTENIDO
Apéndice A—Selección de sensores Selección de la tecnología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-1 Selección de sensores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-6
Apéndice B—Envolventes IEC y NEMA Envolventes IEC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-1 Grado de protección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .B-1 Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .B-1 Clasificación de envolventes IEC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-2 Descripción de los requisitos de pruebas para envolventes IEC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-3
Envolventes NEMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-6 Envolvente correcto para los controles de motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-6 Criterios de selección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-9 Descripción de los requisitos de pruebas para envolventes NEMA . . . . . . . . . . . . . . . . . B-10 Criterios de selección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-12 Descripción de los requisitos de pruebas según la Norma UL 698 . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-13
Apéndice C—Glosario
iv
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Prefacio En Fundamentos del sensado o detección de presencia encontrará toda la información que necesita sobre la aplicación de sensores de presencia. Este documento ha sido creado para personas encargadas del diseño, implementación, gestión, soporte o venta de tecnologías de detección de presencia, como ser: • • • • • •
diseñadores de maquinaria ingenieros de control y aplicación ingenieros en control de calidad y fabricación técnicos en ingeniería y mantenimiento estudiantes de ingeniería y comercio distribuidores, vendedores y sus superiores
En Fundamentos del sensado o detección de presencia se combinan la teoría básica de los sensores con ejemplos de aplicaciones, lo cual permite comprender el concepto de estas tecnologías además de su relación con procesos industriales generales. Por último, este libro le ayudará a deducir reglas que le permitan tomar decisiones de diseño relacionadas con la detección de presencia.
Visualización en línea con Adobe Acrobat Reader Este libro ha sido diseñado para que se pueda leer en copia impresa y en pantalla. En la versión electrónica, verá texto resaltado en verde correspondiente a hipervínculos que llevan a información adicional o términos del glosario.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
1
1 Aspectos básicos de la aplicación de sensores Los esfuerzos y el trabajo por desarrollar productos con mayor rapidez y con una mayor eficacia en términos de costo nunca se detiene. Gracias a la automatización de procesos, los fabricantes pueden lograr estos objetivos y mantener, a la vez, niveles de calidad y confiabilidad más altos. La de detección de presencia se utiliza para monitorear, regular y controlar estos procesos; en concreto, los sensores de presencia ayudan a comprobar que los pasos fundamentales del proceso se realicen como es debido. En la primera sección de este capítulo, nos centraremos en la terminología y los principios de operación básicos comunes a todos los sensores, para después explicar a grandes rasgos cómo determinar el tipo de aplicación requerido y seleccionar el sensor más adecuado. En los capítulos restantes se explica en detalle las s más predominantes y su aplicación: • • • • •
Interruptores de final de carrera (Capítulo 3) Sensores de proximidad inductivos (Capítulo 4) Sensores de proximidad capacitivos (Capítulo 5) Sensores de proximidad ultrasónicos (Capítulo 6) Sensores fotoeléctricos (Capítulo 7)
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
1-1
ASPECTOS BÁSICOS DE LA APLICACIÓN DE SENSORES ¿Qué es un sensor?/Sensores de contacto y sin contacto
¿Qué es un sensor? Un sensor es un dispositivo para detectar y señalar una condición de cambio. ¿Y qué es esta “condición de cambio”? Con frecuencia se trata de la presencia o ausencia de un objeto o material (detección discreta). También puede ser una cantidad capaz de medirse, como un cambio de distancia, tamaño o color (detección analógica). Esta información, o salida del sensor, es la base del proceso de monitoreo y control de un proceso de fabricación.
Sensores de contacto y sin contacto Los sensores de contacto son dispositivos electromecánicos que detectan cambios a través del contacto físico directo con el objeto en cuestión. Los sensores de contacto: • • •
generalmente no requieren de energía eléctrica; pueden soportar más corriente y tolerar mejor las alteraciones de la línea eléctrica; generalmente son más fáciles de entender y diagnosticar.
Los encoders, los interruptores de final de carrera y los interruptores de seguridad son sensores de contacto. Los encoders transforman el movimiento de las máquinas en señales y datos. Los interruptores de final de carrera se utilizan cuando es posible un contacto físico con el objeto. Los interruptores de seguridad ofrecen resistencia a posibles interpolaciones y contactos de apertura directa, lo cual permite utilizarlos como protectores de máquinas y paradas de emergencia. Los sensores sin contacto son dispositivos electrónicos de estado sólido que crean un campo de energía o haz y reaccionan ante una alteración en ese campo. Algunas características de los sensores sin contacto son: • • • •
no se requiere contacto físico; no tienen componentes móviles que puedan atascarse, desgastarse o romperse (por lo tanto, necesitan menos mantenimiento); generalmente operan más rápido; son más flexibles en cuanto a su aplicación.
Los sensores fotoeléctricos, inductivos, capacitivos y ultrasónicos corresponden a s sin contacto. Al no haber contacto físico, se elimina la posibilidad de desgaste; sin embargo, en raras ocasiones podría haber una interacción entre el sensor y el objeto. Los sensores sin contacto también son susceptibles a la energía emitida por otros dispositivos o procesos.
Ejemplo práctico
1-2
Como ejemplo para la aplicación de sensores de contacto y sin contacto usaremos una cadena de pintura. Los sensores de contacto se utilizan para contar cada puerta a medida que entra en el área de pintura y así determinar el número exacto de puertas que se han enviado a esa zona. A medida que las puertas pasan a la zona de curado, el sensor sin contacto cuenta el número de puertas que han salido de la zona de pintura y cuántas han pasado a la zona de curado. Al usar este tipo de sensor se evita el contacto directo con la superficie recién pintada y, por tanto, ésta permanece inalterada.
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
ASPECTOS BÁSICOS DE LA APLICACIÓN DE SENSORES ¿Qué es un sensor?/Sensado con salida discreta y con salida analógica
Sensado con salida discreta y con salida analógica El sensado con salida discreta responde a la pregunta: “¿Está ahí el objeto?” El sensor emite una señal de Encendido/Apagado (digital) basándose en la presencia o ausencia del objeto en cuestión. El sensado con salida analógica responde a las preguntas: “¿Dónde está?”, o “¿Cuánto hay?”, dando una respuesta continua proporcional al efecto que el objeto tenga sobre el sensor, tanto en relación a su posición dentro del margen de detección como a la intensidad relativa de la señal que devuelva al sensor.
Características y especificaciones de los sensores Al especificar un sensor, es importante comprender los términos comunes o “jerga” asociados a este tipo de tecnología. Aunque los términos exactos varían de un fabricante a otro, los conceptos generales son los mismos.
Distancia de detección
Al utilizar un sensor para una aplicación, se debe calcular una distancia de detección nominal y una distancia de detección efectiva.
Distancia nominal de detección La distancia de detección nominal corresponde a la distancia de operación para la que se ha diseñado un sensor, la cual se obtiene mediante criterios estandarizados en condiciones normales. Figura 1.1: Distancia nominal de detección
152m a 1x
5mm
0114-PX-LT
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
1-3
ASPECTOS BÁSICOS DE LA APLICACIÓN DE SENSORES ¿Qué es un sensor?/Características y especificaciones de los sensores
Distancia efectiva de detección La distancia de detección efectiva corresponde a la distancia de detección inicial (o de fábrica) del sensor que se logra en una aplicación instalada. Esta distancia se encuentra más o menos entre la distancia de detección nominal, que es la ideal, y la peor distancia de detección posible.
Histéresis
La histéresis, o desplazamiento diferencial, es la diferencia entre los puntos de operación (conectado) y liberación (desconectado) cuando el objeto se aleja de la cara del sensor y se expresa como un porcentaje de la distancia de detección. Sin una histéresis suficiente, el sensor de proximidad se conecta y desconecta continuamente al aplicar una vibración excesiva al objeto o al sensor, aunque se puede ajustar mediante circuitos adicionales.
Figura 1.2: Histéresis
Encendido
Apagado Objeto
Punto de operación Distancia x Punto final de la detección Distancia y
Distancia de recorrido
Distancia “y” — Distancia “x” = % diferencial Distancia “x”
0116-PX-LT
Repetibilidad
La repetibilidad es la capacidad de un sensor de detectar el mismo objeto a la misma distancia todo el tiempo. Esta cifra se expresa como porcentaje de la distancia de detección nominal y se basa en una temperatura ambiental y voltaje eléctrico constantes.
Figura 1.3: Repetibilidad
% de repetibilidad de la distancia de detección
Objeto
0120-PX-LT
1-4
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
ASPECTOS BÁSICOS DE LA APLICACIÓN DE SENSORES ¿Qué es un sensor?/Normas
Frecuencia de conmutación
La frecuencia de conmutación corresponde a la cantidad de conmutaciones por segundo que se pueden alcanzar en condiciones normales. En términos más generales, es la velocidad relativa del sensor.
Figura 1.4: Ajuste estándar de la frecuencia de conmutación
d
Interruptor de proximidad Dirección del movimiento
m
Dn 2
2xm
Objetos de Fe 360 o A570 Grado 36
m Material no magnético y no conductor
m=d
Tiempo de respuesta
0110-PX-LT
El tiempo de respuesta de un sensor corresponde al tiempo que transcurre entre la detección de un objeto y el cambio de estado del dispositivo de salida (de encendido a apagado o de apagado a encendido). También es el tiempo que el dispositivo de salida tarda en cambiar de estado cuando el sensor ya no detecta el objeto. El tiempo de respuesta necesario para una aplicación específica se establece en función del tamaño del objeto y la velocidad a la que éste pasa ante el sensor.
Normas Los fabricantes de controles industriales tienen poco o ningún control sobre los siguientes factores, fundamentales para una instalación segura: • • • • • •
condiciones del ambiente diseño de los sistemas selección y aplicación del equipo instalación formas de operación mantenimiento
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
1-5
ASPECTOS BÁSICOS DE LA APLICACIÓN DE SENSORES ¿Qué es un sensor?/Aprobación de agencias
Los interruptores y sensores de presencia, al igual que todo equipo eléctrico, se deben instalar de acuerdo a las normas eléctricas que correspondan (NEC, National Electrical Codes). Existen tres organizaciones principales para ello: •
• •
CENELEC: European Committee for Electrotechnical Standardization (Comité Europeo de Normalización Electrotécnica) IEC: International Elecrotechnical Commission (Comisión Internacional de Electrotécnica) NEMA: National Electrical Manufacturers Association (Asociación Nacional de Fabricantes de Productos Eléctricos)
En general, las especificaciones del CENELEC se aplican a las instalaciones del mercado europeo, mientras que en Norteamérica se siguen las normas de la NEMA. La IEC establece normas a escala internacional.
Aprobación de agencias Muchos fabricantes de sensores someten voluntariamente los diseños de sus productos a pruebas y a la aprobación de agencias reconocidas. En otros casos, los fabricantes están autorizados para autocertificar que sus diseños se ajustan a las normas vigentes. Es posible que para algunos clientes, o en caso de tratarse de exportaciones, Ud. deba utilizar dispositivos que cuenten con la debida aprobación, si bien, por lo general, esta práctica no es común en los Estados Unidos. Los productos de fabricantes que lleven la marca de una agencia tienen un registro que permite al cliente, o inspector, comprobar si cumplen con la normativa. Es importante advertir que lo que se ha aprobado o certificado es el diseño de un producto, no el producto mismo.
1-6
Underwriters Laboratories (UL) y Canadian Safety Authority (CSA)
Estas agencias norteamericanas realizan principalmente pruebas para ayudar a garantizar que los productos están fabricados de acuerdo con los requisitos exigidos y que, cuando se utilizan de manera correcta, no presentan riesgo de descarga eléctrica o incendio para el usuario.
Factory Mutual (FM)
Factory Mutual es una agencia norteamericana que se ocupa de comprobar que los productos que se van a utilizar en lugares peligrosos (zonas con atmósfera potencialmente explosiva) cumplen las normas de seguridad intrínseca. Estas normas contribuyen a garantizar que el nivel eléctrico de un dispositivo fabricado de acuerdo con los requisitos exigidos y que se utiliza como parte de un sistema, es inferior a aquél que podría provocar una explosión. El registro de cada producto incluye el diagrama de conexiones autorizadas.
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
ASPECTOS BÁSICOS DE LA APLICACIÓN DE SENSORES ¿Qué es un sensor?/Aprobación de agencias
Comunidad Europea (CE)
Estos requisitos afectan a casi todas las fases del diseño de un producto, su construcción, uso e incluso eliminación. Los productos que no lleven la marca de la CE no se pueden vender dentro de la Comunidad Europea. En el caso de los sensores, la CE se encarga de la compatibilidad electromagnética. Si un sensor lleva la marca "CE" significa que, hasta cierto punto, no interferirá con otros dispositivos electrónicos ni se verá afectado por ellos.
Método de selección de sensores Dentro de cada sistema hay muchas operaciones o procesos: fabricación, montaje, empaquetado, pintura, manipulación de materiales, etc. Cada uno de ellos se puede dividir en procesos más pequeños, como recuento, indexación, expulsión, pulverizado, relleno y transporte. Un sensor puede ayudarlo a detectar las condiciones de cambio relacionadas con una acción o proceso.
Determine dónde se necesita un sensor
En este proceso se deben identificar las operaciones clave dentro del sistema y definir áreas concretas donde se deben comprobar las condiciones.
Identificación de las funciones Identifique lo que hace el sistema o lo que usted desea que haga. ¿Necesita un producto para contar? ¿Clasificar? ¿Realizar control de calidad? ¿Determinar la orientación de las piezas? Concretamente: • • •
¿Qué condiciones se deben cumplir para que se lleve a cabo cada función? ¿Qué información se necesita durante cada función? ¿Qué condiciones se deben cumplir después de cada función para comprobar que ésta se ha realizado correctamente?
Identificación de áreas clave Concéntrese en el área donde se está realizando una acción. Por lo general, verá que en dicha área participa un elemento de trabajo y un mecanismo; estúdielos para determinar lo que se necesita para que la función se ejecute en forma adecuada. •
•
Comprobación del elemento de trabajo: ¿Hay características o componentes del elemento de trabajo que sean necesarios o que deban estar orientados hacia una dirección específica? ¿Qué posibilidades hay de que el propio elemento de trabajo quede orientado o resulte dañado de manera tal que pudiera afectar negativamente al proceso? Comprobación del mecanismo: ¿El mecanismo o el elemento de trabajo están impulsados por sistemas diferentes que podrían chocar si se utiliza uno de ellos sin haber retirado el otro? ¿Hay algún componente específico que pueda romperse o desgastarse?
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
1-7
ASPECTOS BÁSICOS DE LA APLICACIÓN DE SENSORES ¿Qué es un sensor?/Aprobación de agencias
Figura 1.5: Operación de embotellado
Operación de embotellado Colocación de tapas
Objeto = Tapa en botella (verificar operación) Aplicación: Detectar tapa metálica en botella transparente en ambiente húmedo.
Objeto = Bordes de botella (establecer alineación y preparación de piezas) Aplicación: Detectar botella transparente en riel metálico en ambiente húmedo.
Objeto = Tapa en alimentador (preparación de piezas) Aplicación: Detectar tapa metálica en corredera de plástico (alimentador) en ambiente húmedo. 0051-GN-LT
Determine si se debe aplicar un sensor
Ahora debe decidir qué importancia tiene para el proceso cada una de las áreas que ha identificado. Cuanto mayor sea el nivel de automatización, más importante será la correcta ejecución de estas funciones. En concreto, debe preguntarse: • • •
¿Qué impacto pueden tener los daños? ¿Qué probabilidades hay de que esto ocurra? ¿Qué importancia tiene para la integridad del proceso?
Si la respuesta a cualquiera de estas preguntas es “alta”, deberá plantearse la idea de instalar un sensor para monitorear condiciones que, de producirse, podrían provocar un error en el sistema. El siguiente paso es definir las funciones de detección necesarias y cuál es el mejor lugar para lograrlas. ¿Lo que necesita es establecer atascos en el sistema, límites altos/bajos, clasificaciones, detección de velocidad o posicionamiento de piezas? Ello le permite determinar el lugar donde se debe colocar el sensor, haciendo hincapié en las limitaciones físicas concretas. Éste es un buen momento para tener en cuenta lo siguiente: •
•
1-8
“¿Existen consideraciones de seguridad o de tipo económicas?” Si por el hecho de no detectar una condición una persona resulta herida o muere, o si al no detectarla el resultado es una importante pérdida de dinero, deberá acudir a un experto para un estudio en detalle. “¿Es éste el mejor lugar para llevar a cabo la función de detección?” Con frecuencia, en una secuencia de operaciones, lo que nos preocupa es el resultado final. En muchos casos, al monitorear el resultado final podemos determinar si las operaciones anteriores se han realizado correctamente. En otros, el ambiente en sí o las restricciones de espacio impiden efectuar una detección en áreas específicas; sin embargo, esta acción se podría llevar a cabo con mayor fiabilidad mientras el elemento de trabajo está en tránsito, o durante un proceso anterior dentro de la secuencia de operaciones.
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
ASPECTOS BÁSICOS DE LA APLICACIÓN DE SENSORES ¿Qué es un sensor?/Aprobación de agencias
Definición de la aplicación Ya ha identificado la aplicación que puede sacar provecho de la instalación de un sensor para detectar una condición de cambio. Teniendo esto en cuenta, deberá determinar: • • • •
la alimentación eléctrica disponible los requisitos de salida/carga las características del objeto en sí las condiciones ambientales
Identificación de las fuentes de energía ¿Qué tipo de energía hay disponible?: ¿CA o CC? Tomando como base los tipos de voltaje disponibles, el diseño de los sensores satisface las cuatro categorías de voltaje siguientes: • • • •
10-30V CC 20-130V CA 90-250V CA 20-250V CA/CC
Los sensores e interruptores de CA pueden recibir electricidad directamente de una línea eléctrica o una fuente filtrada, eliminando la necesidad de una fuente de alimentación aparte. Cabe notar que los dispositivos y métodos de conexión de CA son más resistentes. Los sensores de CC requieren una alimentación aparte para aislar la sección de CC de la señal de CA. Sin embargo, los sensores de CC (también en versión de fuente de corriente y drenador de corriente) son más seguros que los de CA al tratarse de voltajes inferiores a 30V. Los sensores de fuente de corriente suministran energía a la carga, la cual se debe derivar a tierra o al voltaje negativo de la fuente de alimentación. Los sensores drenadores de corriente envían tierra a la carga, que se debe derivar a un voltaje positivo que comparta la misma tierra. Varios fabricantes ofrecen dispositivos de CA/CC que funcionan con una amplia gama de voltajes para ambas fuentes de alimentación. Estos sensores tienen la ventaja de contar con un solo dispositivo que puede operar en una serie de aplicaciones con distintas fuentes de alimentación. Como norma general, es conveniente especificar que el interruptor o sensor reciba energía de una fuente estable libre de ruido. Para ello, es necesario especificar una línea aislada, o una fuente de energía aparte para los interruptores o sensores y así mantenerse dentro de los márgenes permitidos.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
1-9
ASPECTOS BÁSICOS DE LA APLICACIÓN DE SENSORES ¿Qué es un sensor?/Aprobación de agencias
Identificación de los requisitos de carga ¿A qué va a afectar el sensor? En otras palabras, ¿qué dispositivo controlará directamente el sensor y cuáles son sus características? Los componentes eléctricos en serie entre la salida del sensor y la fuente de alimentación o tierra constituyen lo que se conoce como la carga de entrada del dispositivo y la carga de salida del sensor. Esta carga convierte las señales eléctricas de la salida del sensor en energía eléctrica, mecánica, sonora o luminosa que inicia un cambio dentro del dispositivo afectado. Las características clave de los tres tipos de elementos de circuito que se pueden encontrar en la carga son: • •
•
Los elementos resistivos son un tipo ideal de carga, ya que disipan la energía en proporción directa al voltaje aplicado. Los elementos capacitivos son reactivos y pueden dar la impresión de un cortocircuito cuando se conectan por primera vez. Los elementos inductivos, como bobinas de relés y solenoides, también son elementos reactivos que pueden crear ruidos transitorios de alto voltaje cuando se desconectan bruscamente.
¿Necesita un sensor capaz de condicionar la salida para poder usarlo con el dispositivo con el que está conectado en interfase? Si la función u operación que se está detectando es muy rápida, es posible que sea necesario que el sensor o un circuito condicionante proporcionen un pulso de salida más largo que la duración de dicha función u operación. En otros casos (como cuando la función de detección y la acción que desencadena se producen en dos lugares distintos del sistema) es posible que la señal de salida tenga que modificarse por un intervalo de tiempo.
Determine las propiedades físicas de lo que se está detectando
Para cualquier función de detección hay que identificar el objeto (o blanco) que se desea detectar; puede tratarse de un objeto entero o un rasgo de ese objeto. También se deben determinar las variables asociadas a dicho objeto (presencia, posición, orientación, etc.) y cómo afectan al proceso en sí. Por último, no hay que olvidar las condiciones ambientales y sus efectos: garantizar que el entorno no contenga factores que afecten a la usada contribuye, en enorme medida, a la confiabilidad de la aplicación.
Consideraciones con respecto al objeto Las propiedades del objeto (tamaño, material, color, opacidad, etc.) determinan el uso de una concreta y sus limitaciones. Por ejemplo, los sensores inductivos sólo detectan objetos metálicos. Sin embargo, el tamaño y el material del objeto afectan el margen y la velocidad de la detección. Más adelante en este documento se explican otras consideraciones con respecto a las s de detección específicas para otros tipos de objetos.
1-10
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
ASPECTOS BÁSICOS DE LA APLICACIÓN DE SENSORES ¿Qué es un sensor?/Aprobación de agencias
Identificación de aspectos ambientales Hay características del objeto, del fondo y del entorno que influyen en la capacidad para diferenciarlos. En condiciones ideales, la condición de cambio del objeto que se está intentando detectar debería ser diferente a factores relacionados del fondo y el entorno. Por ejemplo, para detectar cambios de color, debemos usar luz. Un sensor que utiliza luz para detectar cambios (un sensor fotoeléctrico) en el color de nuestro objeto podría tener problemas para ver el objeto si el entorno fuera demasiado opaco para transmitir la luz o si el fondo reflejara más luz que el objeto. Tabla 1.1:
Objeto y medio ambiente Objeto
Fondo
Entorno
Masa Forma Integridad estructural Tamaño
Proximidad al objeto
Material
Material
Material
Opacidad
Propiedades de emisión
Humedad
Propiedades reflectantes
Propiedades reflectantes
Propiedades transmisoras
Color
Color
Luz Temperatura Interferencia electromagnética Ruido
Sistémico Accesibilidad, proximidad al sensor, margen de tiempo, cantidad expuesta
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
1-11
ASPECTOS BÁSICOS DE LA APLICACIÓN DE SENSORES ¿Qué es un sensor?/Aprobación de agencias
Seleccione el sensor
1-12
Ahora que ya se ha informado sobre la aplicación y comprende lo que debe detectar, estará listo para seleccionar el sensor. Éste es un proceso en el que se trata de determinar qué tecnología(s) utiliza(n) mejor los rasgos diferenciadores más relevantes de la condición de cambio que se ven menos afectados por el fondo y el entorno. Rara vez encontrará una sola solución: cada tecnología tiene sus puntos fuertes y débiles que la convierten en una buena o mala elección para una aplicación dada. Conviene revisar el sistema en general e ir limitando gradualmente las opciones centrándose en procesos específicos. Determine de qué manera un sensor podría mejorar estos procesos y qué relación guarda con el sistema en general. Compare esta información con los datos sobre los diferentes tipos de sensores disponibles para determinar cuál es el mejor para su aplicación. Por último, la solución elegida debe ser la que ofrezca el mejor equilibrio entre rendimiento, confiabilidad, disponibilidad y costo.
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
2 Salidas y cableado Las conexiones entre sensores, fuente de alimentación y dispositivos de carga reciben a menudo el nombre de circuito de interfase eléctrico. Cada uno de estos elementos es vital para la confiabilidad de una aplicación. Figura 2.1: Circuito de interfase eléctrica básico Fuente de alimentación
Circuito de interfase Sensor
Carga
0032-GN-LW
Una interfase confiable cumple los requisitos de todos los dispositivos de la aplicación y se anticipa a los del ambiente en el que se aplica. La fuente de alimentación proporciona un nivel de voltaje y corriente al circuito que comparten los dispositivos; por ello, hay que tener cuidado de que cada dispositivo reciba la electricidad que necesita para operar sin problemas. Esto es aún más importante cuando se conectan varios sensores y/o cargas a una fuente de alimentación de CC de bajo voltaje. También hay que asegurarse de que ningún dispositivo reciba demasiada corriente; de hecho, la mayoría de los sensores fallan debido a una instalación inadecuada (el problema más común corresponde a una conexión directa de la salida del sensor a la fuente de alimentación o a línea de CA).
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
2-1
SALIDAS Y CABLEADO Fuentes de alimentación/Voltajes disponibles
Fuentes de alimentación Por costumbre, se debe especificar que los interruptores o sensores reciban electricidad de una fuente de alimentación estable libre de ruido (el ruido, en este caso, es electricidad no deseable inducida en el sistema por otros dispositivos o campos eléctricos). Generalmente, para esto es necesario especificar una línea aislada o una fuente de alimentación aparte para suministrar electricidad a los interruptores y sensores, manteniéndose dentro de los márgenes de esa fuente de alimentación. Al mismo tiempo, también conviene especificar sensores que incluyan un cierto grado de protección frente a posibles alteraciones de la línea eléctrica, como cortocircuitos y sobrecargas.
Voltajes disponibles Por lo general, existen cuatro voltajes disponibles para sensores industriales: • • • •
12V CC 24V CC 120V CA 240V CA
Voltaje de sensores Normalmente, los sensores industriales están diseñados para operar dentro de uno de los siguientes márgenes de voltaje: • • • •
10-30V CC 20-130V CA 90-250V CA 20-250V CA/CC
Los sensores e interruptores de CA pueden recibir energía directamente desde la línea eléctrica o desde una fuente filtrada, lo cual contribuye a eliminar la necesidad de tener una fuente de alimentación aparte. Casi todos los sensores de CC requieren una fuente de alimentación aparte que aísle la sección de CC de la señal de la línea de CA.
Protección Independientemente de si se trata de corriente CA o CC, conviene que la energía eléctrica provenga de una fuente aparte y filtrada y que la línea esté protegida con un fusible adecuado. Esto protegerá a la fuente de alimentación y al cableado, pero no a los dispositivos y sensores de estado sólido del circuito.
2-2
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SALIDAS Y CABLEADO Fuentes de alimentación/Flujo de corriente
Incluso los fusibles de acción rápida y la mayoría de los circuitos electrónicos de limitación de corriente son demasiado lentos para proteger al sensor contra daños en caso de: Cortocircuito/sobrecarga: un trayecto de corriente acortada (y por tanto, menos resistente) permite que el exceso de corriente llegue al dispositivo. Inversión de polaridad: los cables positivo y negativo no están conectados a sus correspondientes terminales. Si se prevén estas alteraciones, se debe especificar un sensor que tenga protección incorporada contra inversiones de polaridad, cortocircuitos y sobrecargas.
Flujo de corriente Consumo eléctrico típico para cada tipo de sensor: • • • •
Fotoeléctrico 35 mA Ultrasónico 70 mA Inductivo 15 mA Capacitivo 15 mA
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
2-3
SALIDAS Y CABLEADO Tipos de salida/Electromecánica
Tipos de salida Hay dos tipos de salidas: electromecánica y de estado sólido. Electromecánica • •
Relé Interruptor
Estado sólido o electrónico • • • • •
Transistor Transistor de efecto de campo (FET) Triac Analógico Red o bus
El tipo de salida que se elija dependerá de la interfase que se haya definido en la aplicación y de los tipos de salida disponibles para el sensor con el que se está trabajando.
Electromecánica Los relés electromecánicos (o “contactos secos”) se accionan enviando electricidad a una bobina de hilo que atrae magnéticamente una armadura para abrir y cerrar un circuito. Cuando el circuito está abierto, no pasa electricidad a través de los contactos. Cuando el circuito está cerrado, la electricidad pasa a la carga sin que haya pérdida de voltaje. Los relés con contacto abierto en estado de reposo (sin electricidad) se conocen como Normalmente abiertos (N.A.), mientras que los relés con contacto cerrado en estado de reposo corresponden a los Normalmente cerrados (N.C.). Debido al aislamiento eléctrico con respecto a la fuente de alimentación del sensor y a la ausencia de corriente de pérdida (corriente no deseada presente en el estado de ‘desenergizado’), los relés de varias fuentes se pueden conectar fácilmente en serie y/o en paralelo para conmutar cargas CA o CC. Figura 2.2: Circuitos electromecánicos
SPST
N.C.
N.C. SPDT (1 Forma C)
N.A.
N.C. N.A. DPDT (2 Forma C)
N.C. N.A. 0056-GN-LT
2-4
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SALIDAS Y CABLEADO Tipos de salida/Estado sólido
Existen varias combinaciones diferentes de contactos: • • •
SPST: simple polo, simple encendido SPDT: simple polo, doble encendido (1 Forma C) DPDT: doble polo, doble encendido (2 Forma C)
Dado que los relés son, hasta cierto punto, mecánicos, están sujetos a desgaste y, por lo tanto, tienen una duración determinada. Con niveles de electricidad bajos, la oxidación de los contactos también puede provocar su degeneración. Los tiempos de respuesta de los relés suelen ser de 15-25 ms, mucho más lentos que la mayoría de las salidas de estado sólido.
Estado sólido Se deben tener en cuenta las salidas de estado sólido para aplicaciones que requieran de conmutación o cambio frecuente de voltajes bajos a corrientes bajas. Los interruptores de estado sólido son electrónicos, vale decir, no tienen componentes móviles.
Transistor NPN/PNP
Los transistores son los típicos dispositivos de salida de estado sólido para sensores de CC de bajo voltaje. Constan de un chip cristalino (generalmente silicona) y tres contactos, y se usan para amplificar o conmutar corriente en forma electrónica. Los transistores estándar son: NPN y PNP. En el caso de la salida de un transistor NPN, la carga debe estar conectada entre la salida del sensor y la conexión eléctrica positiva (+). Esto también se conoce como salida ‘de drenado’ (o sumidero).
Figura 2.3: Transistor NPN + Carga Salida
_
0037-GN-LW
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
2-5
SALIDAS Y CABLEADO Tipos de salida/Estado sólido
La salida de un transistor PNP se denomina salida ‘de fuente’. La carga debe estar conectada entre la salida del sensor y la conexión eléctrica negativa (-). Figura 2.4: Transistor PNP
+
Salida Carga —
0038-GN-LW
Los transistores producen muy poca corriente de fuga (que se mide en µA) y un nivel relativamente alto de corriente de conmutación (por lo general de 100 mA) para poder establecer una cómoda interfase con la mayoría de las cargas de CC. Los tiempos de respuesta de las salidas del transistor pueden oscilar entre 2 ms y 30 µs. Sin embargo, los transistores NPN y PNP sólo pueden conmutar cargas de CC.
FET
El FET (Transistor de efecto de campo) es un dispositivo de estado sólido que no produce corriente de fuga y que proporciona una conmutación rápida de electricidad de CA o CC. También requiere sólo una pequeña cantidad de corriente para cambiar de estado (tan sólo 30 µA). En consecuencia, los FET resultan ser más caros que las salidas de transistores normales.
Figura 2.5: NFET
+
— 0034-GN-LT
Las salidas FET se pueden conectar en paralelo como contactos de relés electromecánicos.
MOSFET de potencia
2-6
Los MOSFET de potencia (Transistor de efecto de campo con semiconductores de óxido metálico) ofrecen las ventajas del FET por su bajo nivel de pérdida, su rápido tiempo de respuesta, además de las altas corrientes de conmutación: las salidas de los MOSFET de potencia pueden proporcionar corrientes de hasta 500 mA.
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SALIDAS Y CABLEADO Tipos de salida/Estado sólido
TRIAC
El TRIAC es un dispositivo de salida de estado sólido diseñado sólo para CA; en términos más sencillos, es el equivalente de CA de un transistor. Los TRIAC ofrecen una alta corriente de conmutación y una baja pérdida de voltaje, lo cual los hace adecuados para grandes contactores y solenoides. Asimismo, los TRIAC presentan una corriente de fuga mucho mayor que los FET y los MOSFET de potencia, la cual puede ser superior a 1 mA, por lo que los TRIAC no son adecuados como dispositivos de entrada para controladores programables y otras entradas de estado sólido. Cuando un TRIAC se activa, funciona mientras haya corriente, impidiendo que los dispositivos tengan protección electrónica contra cortocircuitos. Para desactivar un circuito TRIAC, se necesita un cruce cero en la onda seno de la corriente de CA de 50/60 Hz. Sin embargo, en el caso de la mayoría de las aplicaciones, los MOSFET de potencia presentan mejores características de salida.
Figura 2.6: TRIAC CA
Salida
CA
0035-GN-LW
Figure 2.7: Cruce cero de un TRIAC
+ Voltios CA 0 _
Salida analógica
60 Hz
0036-GN-LW
Los sensores de salida analógica ofrecen una salida de voltaje o corriente proporcional, o inversamente proporcional, a la señal detectada por el sensor. Dado que los sensores analógicos permiten la detección simultánea de varios factores, se les utiliza en aplicaciones de detección discreta en las que un solo sensor debe realizar varias funciones, como por ejemplo en la detección y clasificación de paquetes de color claro y oscuro.
Figura 2.8: Respuesta analógica
20 Pendiente positiva Corriente (mA) Pendiente negativa 4
1
2
3
4
Distancia (m)
Rockwell Automation/Allen-Bradley
5 0039-GN-LW
Fundamentos de la detección de presencia
2-7
SALIDAS Y CABLEADO Tipos de salida/Estado sólido
Red/Bus
Para intentar reducir el cableado del sistema, la conexión de sensores en red está siendo cada vez más aceptada. Este sistema permite conectar sensores compatibles directamente a un solo cable troncal que luego se conecta en interfase con el controlador. Estos sensores llevan incorporado un chip de interfase de red/bus (un circuito integrado) y una versión (o soporte lógico inalterable) que les permite recibir electricidad y comunicarse a través de líneas comunes. El costo de los componentes suele ser más elevado, pero el cableado y el depurado se simplifican. Tabla 2.1:
Ventajas e inconvenientes de las salidas
Tipo de salida
2-8
Ventajas
Inconvenientes
Relé electromecánico Conmutación CA o CC
• La salida está aislada eléctricamente de la fuente de alimentación • Cómoda conexión en serie y/o en paralelo de las salidas de los sensores • Alta corriente de conmutación
• No existe protección contra cortocircuitos • Duración limitada de los relés • Lentitud
FET Conmutación CA o CC
• Corriente de fuga muy baja • Rápida velocidad de conmutación
• Baja corriente de salida
MOSFET de potencia Conmutación CA o CC
• Corriente de fuga muy baja • Rápida velocidad de conmutación
• Corriente de salida moderadamente alta
TRIAC Conmutación CA
• Alta corriente de salida
• No existe protección contra cortocircuitos • Corriente de fuga relativamente alta • Conmutación de salida lenta
Transistor NPN o PNP Conmutación CC
• Corriente de fuga muy baja • Rápida velocidad de conmutación
• No es posible realizar una conmutación de CA
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SALIDAS Y CABLEADO Cableado/Dos hilos o tres hilos
Cableado Dos hilos o tres hilos Los sensores también se pueden clasificar según la configuración del cableado. Los más comunes son los de 2 y 3 hilos. Los dispositivos de dos hilos están diseñados para cablearse en serie con la carga. En una configuración de tres hilos, dos de los tres hilos suministran electricidad mientras que el tercero conmuta la carga. Ambos tipos se pueden cablear estratégicamente, en configuraciones en serie o en paralelo, para conservar entradas o realizar cálculos lógicos.
Conexión de sensores de 2 hilos en serie o en paralelo
Los sensores de dos hilos son los dispositivos más fáciles de cablear, pero pueden interferir en el rendimiento general del sistema. Los sensores de dos hilos requieren electricidad de la misma línea que conmutan, lo cual, junto con su elevada pérdida de voltaje, suele limitar las conexiones posibles. Además, dado que cada dispositivo suministra electricidad a los dispositivos siguientes, el tiempo de respuesta es igual a la suma de los tiempos de encendido de cada dispositivo.
Figura 2.9: Conexión en serie de salidas de 2 hilos
+V
Sensor 1
Sensor 2
Sensor 3 Carga
0040-GN-LW
Figure 2.10: Conexión en paralelo de salidas de 2 hilos
+V
Sensor 1
Sensor 2
Sensor 3 Carga
0041-GN-LW
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
2-9
SALIDAS Y CABLEADO Cableado/Dos hilos o tres hilos
Conexión de salidas de relé en serie o en paralelo
Para simplificar el cableado de salidas de relé, se puede separar el cableado de la salida del cableado de la fuente de alimentación. En ambas configuraciones, los hilos de alimentación van en paralelo: las salidas se pueden conectar con la configuración que se desee.
Figura 2.11: Conexión en serie de salidas de relé
+V
Sensor 1
Sensor 2
Sensor 3
T1
T2 0042-GN-LW
Figure 2.12: Conexión en paralelo de salidas de relé
+V
Sensor 1
Sensor 2
Sensor 3
T1 T2 0043-GN-LW
Conexión de salidas de 3 hilos en paralelo
Los sensores con salidas de transistores NPN o PNP se cablean directamente en paralelo. La baja corriente de fuga de las salidas de transistor permite conectar varios dispositivos juntos sin que la corriente de fuga represente algún problema. Todos los dispositivos deben tener la misma configuración de salida.
Figura 2.13: Conexión en paralelo de salidas de 3 hilos
+V
Sensor 1
Sensor 2
Sensor 3
Salida 0044-GN-LW
2-10
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SALIDAS Y CABLEADO Cableado/Dos hilos o tres hilos
Conexión de salidas NPN de 3 hilos en serie
La conexión en serie de dispositivos de salida NPN de 3 hilos requiere que cada dispositivo de la serie suministre electricidad negativa al siguiente dispositivo y que el último dispositivo de la cadena suministre electricidad negativa a la carga. Dado que cada dispositivo suministra electricidad al siguiente, el tiempo de respuesta es igual al tiempo de respuesta del primer sensor más la suma de los tiempos de encendido de los demás. La salida de cada sensor debe poder suministrar la corriente de carga máxima de los sensores siguientes, además de la corriente de la carga en sí. Para solucionar la capacitancia de alimentación interna de los sensores, es necesario conectar en serie un resistor de bajo valor (10 ohmios) a cada uno de ellos.
Figura 2.14: Conexión en serie de salidas de transistor NPN
+V
+V
Carga
Sensor 1 +V
Sensor 2 +V
Sensor 3
0045-GN-LW
Conexión de salidas PNP de 3 hilos en serie
La conexión en serie de dispositivos de salida PNP de 3 hilos requiere que cada dispositivo de la serie suministre electricidad al siguiente dispositivo y que el último dispositivo de la cadena suministre electricidad a la carga. Dado que cada dispositivo suministra electricidad al siguiente, el tiempo de respuesta es igual al tiempo de respuesta del primer sensor más la suma de los tiempos de encendido de los demás. La salida de cada sensor debe poder suministrar la corriente de carga máxima de los sensores siguientes, además de la corriente de la carga en sí. Para solucionar la capacitancia de alimentación interna de los sensores, es necesario conectar en serie un resistor de bajo valor (10 ohmios) a cada uno de ellos.
Figura 2.15: Conexión en serie de salidas de transistor PNP
+V
Sensor 1
Sensor 2
Sensor 3
Carga
0046-GN-LW
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
2-11
SALIDAS Y CABLEADO Lógica de salida y tiempo/Retardo de tiempo a la conexión y a la desconexión
Lógica de salida y tiempo Los sensores pueden llevar incorporadas funciones especiales; si no es así, se encuentran disponibles como tarjetas enchufables o como módulos aparte. Los sensores fotoeléctricos son diferentes a los demás sensores de presencia ya que muchos ofrecen funciones integradas de salida y tiempo. Además, los sensores para aplicaciones especializadas (como la detección de movimiento o velocidad cero) pueden incorporar una configuración predeterminada de lógica y tiempo para la aplicación.
Retardo de tiempo a la conexión y a la desconexión Los modos de temporización más comunes son retardo a la conexión y retardo a la desconexión. Los temporizadores a la conexión retardan la operación de una salida después de detectarse un objeto. Los temporizadores a la desconexión retardan la operación de una salida cuando el objeto ya no se detecta. El retardo (o temporización) de la mayoría de los sensores se puede ajustar entre menos de un segundo y 10 o más segundos. Algunos sensores de alta velocidad (con un tiempo de respuesta inferior a 1 ms) tienen un temporizador a la desconexión seleccionable de 50 ms. Este “alargador de pulsos” es útil cuando es necesario hacer más lento el tiempo de respuesta durante la desconexión para que un PLC más lento u otro tipo de lógica de máquina pueda responder al movimiento de materiales en aplicaciones de alta velocidad. Figura 2.16: Retardo a la conexión/ desconexión
Detectado Objeto Perdido
Detectado Objeto Perdido t
t Encendido Salida Apagado
Encendido Salida Apagado t = tiempo ajustado por el usuario
Retardo a la conexión
2-12
Fundamentos de la detección de presencia
Retardo a la desconexión
00
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SALIDAS Y CABLEADO Lógica de salida y tiempo/Monopulso retardado
Una sola señal La lógica de una sola señal (o monopulso) proporciona una salida de un solo pulso independientemente de la velocidad a la que pase el objeto ante el sensor. La longitud del pulso es ajustable. El "monopulso" ofrece distintas soluciones para la aplicación: •
•
• •
En operaciones de alta velocidad: cada vez que un objeto pasa ante el sensor, emite un pulso que es lo suficientemente largo como para que otra lógica más lenta pueda responder. En operaciones de baja velocidad: emite un pulso breve cada vez que un objeto pasa ante el sensor para activar un solenoide u otro dispositivo de pulsos. Emite una señal de activación de lateral de disparo (o lateral ascendente) independientemente de la longitud del objeto. Emite una señal de activación de lateral de retorno (o lateral descendente) independientemente de la longitud del objeto.
Figura 2.17: Retardo monopulso
Detectado Objeto Perdido t
t
Encendido Salida Apagado t = tiempo ajustado por el usuario 0053-GN-LT
Monopulso retardado La lógica de monopulso retardado añade un retardo ajustable antes de que se produzca el monopulso de salida. Figura 2.18: Temporización de monopulso retardado
Detectado Objeto Perdido t1
t2
Encendido Salida Apagado t1 = retardo tras detección de objeto, ajustable por el usuario t2 = retardo tras detección de objeto, ajustable por el usuario 0054-GN-LT
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
2-13
SALIDAS Y CABLEADO Lógica de salida y tiempo/Monopulso retardado
Detección de movimiento La lógica de detección de movimiento ofrece la capacidad única de detectar el movimiento continuo de los objetos. El sensor emite una señal si no detecta el movimiento de objetos en el tiempo establecido. La lógica de detección de movimiento es útil para detectar atascos o vacíos en las aplicaciones de manejo de materiales. Figura 2.19: Lógica de detección de movimiento
t1 Detectado
t2
t1
t2
t1
t2
t1
t2
t1
bjeto Perdido
Encendido alida Apagado t1 = tiempo de objeto presente t2 = tiempo de objeto ausente
2-14
Fundamentos de la detección de presencia
0055-GN-LT
Rockwell Automation/Allen-Bradley
3 Interruptores de final de carrera Un interruptor de final de carrera es un dispositivo electromecánico que consta de un accionador unido mecánicamente a una serie de contactos. Cuando un objeto entra en contacto con el accionador, el dispositivo activa (o acciona) los contactos para establecer o interrumpir una conexión eléctrica. Los interruptores de final de carrera se utilizan en diversas aplicaciones y ambientes por su resistencia, facilidad de instalación y confiabilidad. Pueden determinar la presencia, ausencia, paso y posicionamiento de un objeto. En un comienzo se los utilizaba para definir el final del recorrido de un objeto, de ahí que se llamen "interruptores de final de carrera".
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
3-1
INTERRUPTORES DE FINAL DE CARRERA Partes de un interruptor de final de carrera/Componentes básicos
Partes de un interruptor de final de carrera Los interruptores de final de carrera están diseñados con dos tipos de cuerpo: enchufable y no enchufable. Las diferencias y ventajas de cada uno se tratan más a fondo en la página 3-3. A continuación se describen los subelementos que componen un interruptor de final de carrera. Figura 3.1: Partes de un interruptor de final de carrera
1
Accionador
Cabeza Bloque de contactos Bloque de terminales Cuerpo del interruptor Base
Enchufable
Accionador
Cabeza
Bloque de contactos/terminales Cuerpo del interruptor
No enchufable 0007-LS-LP
Componentes básicos
3-2
Accionador
El accionador es la parte del interruptor que entra en contacto con el objeto que se está detectando.
Cabeza
En la cabeza se encuentra el mecanismo que transforma el movimiento del accionador en movimiento de contacto. Cuando el accionador se mueve correctamente, el mecanismo acciona los contactos del interruptor.
Bloque de contactos
En el bloque de contactos se encuentran los elementos eléctricos de contacto del interruptor. Generalmente hay dos o cuatro pares de contactos.
Bloque de terminales
En el bloque de terminales se encuentran las terminales atornillables. Aquí se realiza la conexión eléctrica (por hilos) entre el interruptor y el resto del circuito de control.
Cuerpo del interruptor
En un interruptor enchufable, el cuerpo del interruptor aloja el bloque de contactos. En un interruptor no enchufable, encontrará el bloque de contactos y el bloque de terminales del interruptor.
Base
En un interruptor enchufable, la base aloja el bloque de terminales. Los interruptores no enchufables no tienen una base aparte.
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
INTERRUPTORES DE FINAL DE CARRERA Partes de un interruptor de final de carrera/NEMA frente a IEC
NEMA frente a IEC La carcasa y los contactos de un interruptor de final de carrera se construyen y clasifican según las normas elaboradas por comités tales como la International Electrotechnical Commission (IEC; Comisión Internacional Electrotécnica) o la National Electrical Manufacturers Association (NEMA; Asociación Nacional de Fabricantes de Equipos Eléctricos). Los tipos de interruptor NEMA e IEC difieren en muchos aspectos, como son el tamaño del cuerpo, la vida mecánica, la duración, el material de la carcasa y el esquema de los taladros de montaje. En general, los interruptores tipo NEMA se consideran más resistentes y tienen una duración mayor, mientras que los productos de tipo “internacional” de IEC tienden a ser más pequeños y menos costosos. Las normas y sus diferencias se tratan con mayor profundidad en el módulo Aspectos básicos de la aplicación de sensor que comienza en la página 1-1.
Carcasas enchufables frente a no enchufables Un interruptor de final de carrera tipo NEMA puede venir en una carcasa enchufable o no enchufable.
Carcasas no enchufables
Las primeras carcasas que se diseñaron eran del tipo no enchufable. Tienen forma de caja con una tapa aparte. Los cierres herméticos entre la cabeza, el cuerpo y la tapa se mantienen mediante un anillo (O-ring) y una junta plana. Los interruptores de final de carrera no enchufables se ofrecen en una amplia gama de estilos que cumplen las especificaciones IEC o NEMA.
Figura 3.2: Carcasa no enchufable
Junta
Cubierta
0041-LS-LT
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
3-3
INTERRUPTORES DE FINAL DE CARRERA Partes de un interruptor de final de carrera/Carcasas enchufables frente a no enchufables
Carcasas enchufables
Las carcasas enchufables se crearon para facilitar la sustitución del interruptor en caso de ser necesario. A diferencia del diseño "no enchufable", la carcasa enchufable se abre por la mitad para acceder al bloque de terminales. Los estabilizadores que hay en el cuerpo del interruptor se “enchufan” a las tomas de la base para establecer conexiones eléctricas entre el bloque de contactos y el bloque de terminales. La base del interruptor, donde se encuentra el cableado eléctrico, es la que se monta durante la instalación inicial. Al no tener componentes móviles que se puedan romper o desgastar, rara vez es necesario cambiarla. Si el interruptor sufre daños o se desgasta, basta con quitar el cuerpo del interruptor con su cabeza, enchufar uno nuevo y el interruptor queda listo para funcionar. No hace falta volver a realizar el cableado. El anillo (O-ring) cierra herméticamente la cabeza y la tapa del interruptor, mientras que una junta fabricada especialmente para la carcasa protege al interruptor de la entrada de aceite, polvo, agua y refrigerantes.
Figura 3.3: Carcasa enchufable Estabilizadores
Junta
0044-LS-LT
Los interruptores enchufables vienen en una amplia gama de estilos que cumplen las especificaciones NEMA. Las ventajas de diseño de la carcasa enchufable son: • • •
3-4
instalación sin necesidad de quitar la tapa (hay que quitar la tapa en algunos tipos de carcasas no enchufables); no hay componentes móviles en la base; tiempo de inactividad reducido porque la cabeza y el cuerpo se pueden sustituir rápidamente sin tocar el cableado de la base.
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
INTERRUPTORES DE FINAL DE CARRERA Partes de un interruptor de final de carrera/Funciones y tipos de accionadores
Funciones y tipos de accionadores Cuando no se aplica ninguna fuerza o par de torsión al accionador, éste se encuentra en la llamada posición sin accionamiento, libre o de reposo. La posición a la que hay que llevar el accionador para que opere los contactos recibe el nombre de punto de disparo o posición de operación. Cuando el movimiento del accionador se invierte, la posición en la que los contactos vuelven a su estado original se denomina punto de rearme o posición de liberación. Existen tres tipos normales de accionador: • • •
Accionamiento lateral rotatorio
lateral rotatorio de pulsación lateral o superior de vástago oscilante o bigote de gato
Un accionador lateral rotatorio es un eje que sale por el lado de la cabeza de un interruptor de final de carrera y que opera los contactos del interruptor cuando gira. Se puede mover hacia la izquierda o hacia la derecha y está diseñado para llevar a cabo una operación unidireccional o bidireccional de los contactos. Generalmente, el eje lleva acoplada una palanca que permite que los objetos, al pasar, activen el interruptor al empujar la palanca.
Figura 3.4: Accionamiento de un interruptor lateral rotatorio con palanca
Posición sin accionamiento (reposo)
Recorrido de operación de los contactos Recorrido para rearmar los contactos
Punto de rearme
Punto de disparo
Recorrido máximo
0009-LS-LT
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
3-5
INTERRUPTORES DE FINAL DE CARRERA Partes de un interruptor de final de carrera/Funciones y tipos de accionadores
Con este tipo de interruptor se pueden utilizar diversos tipos de palanca. Figura 3.5: Ejemplos de palancas
Palanca Palanca con con rodillo rodillo de ajuste micrométrico
Palanca con rodillo de longitud ajustable
Palanca de vástago
Palanca de lazo de Nylatron
Palanca tipo horquilla
0011-LS-LT
Accionamiento de pulsación lateral o superior
Un accionador de pulsación lateral o superior es un vástago corto (un botón) situado al lado o en la parte superior de la cabeza de un interruptor de final de carrera que opera los contactos del interruptor cuando se pulsa. Por lo general está diseñado con un mecanismo de retorno por muelle que lo devuelve a su posición original cuando desaparece la fuerza de accionamiento. Algunos diseños de pulsación lateral utilizan botones sin retorno por muelle, por lo que hay que empujarlos en la dirección opuesta para rearmar los contactos.
Figura 3.6: Accionamiento de un interruptor de final de carrera de pulsación superior
Recorrido para rearmar Recorrido de operación Recorrido máximo
Posición sin Punto de Punto de accionamiento rearme disparo (reposo)
Punto de apertura positiva
Recorrido máximo
0034-LS-LT
Este tipo de accionador puede ser un vástago normal, un vástago con rodillo o un vástago pulsado mediante una palanca. Figura 3.7: Ejemplos de accionadores de pulsación lateral y superior
Vástago superior pulsable
Palanca con rodillo pulsable
Rodillo superior pulsable
Vástago superior pulsante ajustable
Vástago pulsado lateralmente
Rodillo pulsado lateralmente 0045-LS-LT
3-6
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
INTERRUPTORES DE FINAL DE CARRERA Partes de un interruptor de final de carrera/Operación y características de los contactos
Accionamiento de vástago oscilante o bigote de gato
Un accionador de vástago oscilante o bigote de gato es un vástago largo y estrecho situado en la parte superior de la cabeza de un interruptor de final de carrera que opera los contactor del interruptor cuando se desvía de la posición vertical. Generalmente, los vástagos oscilantes son vástagos de nylon, mientras que los bigotes de gato están hechos de hilo flexible, pueden operar en cualquier dirección (con un movimiento parecido al de un joystick) y regresar a su posición original cuando se elimina la fuerza de accionamiento.
Figura 3.8: Accionamiento de un interruptor de final de carrera de vástago oscilante
Recorrido de operación de los contactos Recorrido para rearmar los contactos
Punto de rearme
Posición sin accionamiento (reposo)
Punto de disparo
Recorrido máximo
0031-LS-LT
Operación y características de los contactos Mantenido o momentáneo
Los contactos de un interruptor de final de carrera cambian de estado cuando se aplica una fuerza o par de torsión predeterminado al accionador. El interruptor con retorno por muelle (momentáneo) devuelve los contactos a su posición original cuando desaparece la fuerza de operación. Los contactos de un interruptor mantenido permanecen en la posición de accionamiento hasta que se aplica una fuerza o par de torsión en la dirección opuesta.
Dos circuitos o cuatro circuitos
Un interruptor de final de carrera típico tiene dos o cuatro pares de contactos. Dado que cada par de contactos se utiliza para abrir y cerrar un circuito de control, los interruptores se denominan como dispositivos de “dos circuitos” o de “cuatro circuitos”.
Normalmente abierto o normalmente cerrado
Los términos “normalmente abierto” y “normalmente cerrado” describen el estado de cada par de contactos cuando el interruptor se encuentra en la posición sin accionamiento o de reposo. Los contactos normalmente abiertos están abiertos y los contactos normalmente cerrados están cerrados cuando no se aplica fuerza o par de torsión sobre el accionador. En la Figura 3.9 de la página siguiente, los contactos 1-2 están normalmente abiertos y los contactos 3-4 están normalmente cerrados.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
3-7
INTERRUPTORES DE FINAL DE CARRERA Partes de un interruptor de final de carrera/Operación y características de los contactos
Contactos de acción ultrarrápida
En estos contactos, el movimiento del accionador aplica una fuerza a un mecanismo central, lo cual crea un rápido cambio en el estado de los contactos cuando se alcanza el punto de disparo. Si se invierte el movimiento del accionador en un punto de rearme concreto, los contactos saltan a su posición original. Los contactos de acción ultrarrápida tienen puntos de disparo y de rearme diferentes. La distancia entre el punto de disparo y el de rearme se conoce como "recorrido para rearmar", histéresis o diferencial. Un recorrido de rearme finito ayuda a evitar múltiples cambios de estado si el objeto que acciona el interruptor sufre vibraciones. Los contactos de acción ultrarrápida garantizan un accionamiento repetible en aplicaciones en las que intervienen accionadores de baja velocidad. Además, la magnitud del recorrido de los contactos no depende de la magnitud del desplazamiento o recorrido del accionador.
Figura 3.9: Movimiento de contactos de acción ultrarrápida
1
N.O.
2
3
1
2
1
2
1
3
4
3
4
3
2
N.O.
N.C.
N.C.
Estado sin accionamiento
Contactos cerca del punto de disparo
4
Cambio de estado de los contactos N.A. = Normalmente abierto N.C. = Normalmente cerrado 0043-LS-LT
Contactos de conexión y corte lentos
En estos contactos, la velocidad y la distancia del recorrido de los contactos depende de la velocidad y la distancia de recorrido del accionador y cada par de contactos tiene su propio punto de disparo. Esto es conveniente cuando el usuario no desea que todos los contactos cambien de estado simultáneamente. En los contactos de conexión y corte lentos no se aprecia un recorrido de rearme. Esto quiere decir que el punto de disparo y el punto de rearme de un par concreto de contactos coinciden.
Figura 3.10: Movimiento de contactos de conexión y corte lentos
Dos circuitos
Cuatro circuitos
Accionador
Accionador Émbolo
Émbolo
Puente N.C.
N.C.
N.A.
Elemento de contacto N.A.
Puentes
N.C.
N.C. = Normalmente cerrado N.A. = Normalmente abierto
Elemento de contacto N.A. 0008-LS-LT
3-8
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
INTERRUPTORES DE FINAL DE CARRERA Partes de un interruptor de final de carrera/Operación y características de los contactos
Contactos de acción de apertura directa
Los contactos de acción de apertura directa reciben muchos nombres, como “acción directa”, “apertura positiva” y “corte positivo”. La norma 60947-5-1 de la IEC define esta característica como “la separación de los contactos como resultado directo de un movimiento específico del accionador del interruptor mediante elementos no elásticos (que no dependen de muelles)”. Los interruptores de acción de apertura directa unen directamente la fuerza del accionador a los contactos de manera tal que la fuerza abre incluso un contacto soldado. Aunque los mecanismos pueden tener muelles, éstos no dependen sólo de la interfase del muelle porque éste puede fallar o no tener la fuerza suficiente para romper una soldadura. La acción de apertura directa se puede incluir en interruptores de final de carrera de acción ultrarrápida y de conexión y corte lentos.
Figura 3.11: Movimiento de contactos de apertura directa en un interruptor de final de carrera de acción ultrarrápida
1
2
1
2
1
2
3
4
3
4
Estado sin accionamiento
3
Contactos cerca del punto de disparo
4 1
2
1
2
3
4
3
4
Cambio de estado de los contactos mediante mecanismo de muelle
Acoplamiento del mecanismo de apertura positiva
En muchos diseños, el punto en el que se acopla el mecanismo de apertura positiva supera el punto de disparo normal del interruptor. Esto quiere decir que se debe tener cuidado al configurar la aplicación del interruptor de final de carrera de manera que el accionador, al moverse, supere siempre el punto de apertura positiva; de lo contrario, es posible que el interruptor no abra los contactos normalmente cerrados si se produce una soldadura.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
3-9
INTERRUPTORES DE FINAL DE CARRERA Partes de un interruptor de final de carrera/Operación y características de los contactos
En muchas aplicaciones se necesitan diseños de acción de apertura directa para interruptores de desconexión, interruptores de parada de emergencia, interruptores de final de carrera de seguridad, interruptores de seguridad accionados por cable e interruptores de enclavamiento de puerta de seguridad tal y como se especifica en la normativa nacional e internacional. Estos productos vienen marcados con el símbolo correspondiente a la acción de apertura directa que aparece en la Figura 3.12. Figura 3.12: El símbolo de acción de apertura directa aparece en el interruptor y en la documentación del fabricante Abierto
60° 45° 35°
Cerrado
15°
0
11–12 23–24 Símbolo
Símbolo en el producto
Símbolo en diagrama de disposición de los contactos 0042-LS-LT
3-10
Características de la operación de los contactos
Las especificaciones con respecto a la fuerza y el movimiento del accionador requeridos para operar y rearmar los contactos se llaman “características de operación típica”. En el caso de la mayoría de los interruptores de final de carrera, las características de operación típica aparecen en forma de tabla en la documentación del fabricante, en las cuales se especifica el par de torsión o fuerza, el recorrido de operación de los contactos, el recorrido requerido para rearmar los contactos y el recorrido máximo permisible para el accionador.
NOTA Antes del movimiento de los contactos, se produce un predesplazamiento.
El recorrido de operación de los contactos se denomina a veces “predesplazamiento”. El recorrido para rearmar los contactos se conoce también como “recorrido diferencial” y el recorrido máximo del accionador también se llama “recorrido total”. En lugar de recorrido total, algunos fabricantes lo denominan “sobredesplazamiento”, que corresponde a la distancia o ángulo entre el punto de disparo y la posición de recorrido máximo. En este caso, el recorrido total (máximo) es la suma del recorrido de operación (predesplazamiento) y el sobredesplazamiento.
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
INTERRUPTORES DE FINAL DE CARRERA Partes de un interruptor de final de carrera/Operación y características de los contactos
En el caso de algunos interruptores de final de carrera tipo IEC, las características de operación típica se presentan en forma de gráficos en lugar de tablas. Estos gráficos se conocen como “diagramas de disposición de los contactos”. A continuación presentamos algunos ejemplos de diagramas de interruptores de final de carrera de acción ultrarrápida y de conexión y corte lentos. Figura 3.13: Diagrama de disposición de los contactos de un interruptor de acción ultrarrápida
Las posiciones de los accionadores se muestran en grados para los interruptores de tipo rotatorio.
Punto de disparo (ambos contactos) Punto donde se acopla el mecanismo de apertura directa
Recorrido máximo
45° 35°
15°
0
} }
21–22 13–14 13–14 21–22
Este interruptor tiene dos series de contactos. Los contactos aparecen dos veces para los interruptores de acción ultrarrápida para así mostrar la diferencia entre el recorrido en la dirección de disparo y la dirección de rearme.
{
Posición sin accionamiento (reposo)
→ 80°
Números de terminales
Punto de rearme (ambos contactos)
Dirección de disparo Dirección de rearme
Las zonas sombreadas muestran los ángulos en los que cada contacto está cerrado.
Las zonas no sombreadas muestran los ángulos en los que cada contacto está abierto.
0046-LS-LT
Figura 3.14: Diagrama de disposición de los contactos de un interruptor de conexión y corte lentos
Punto donde se Punto de disparo y Punto de disparo y acopla el mecanismo rearme para contactos 11-12 rearme para contactos de apertura directa. 23-24 Posición sin accionamiento (reposo) Recorrido
→
máximo Números de terminales
6
3.5
11–12 23–24 Las zonas no sombreadas muestran las posiciones en las que cada contacto está abierto.
2.3 1.5
0mm
Las posiciones de los accionadores se muestran en milímetros o pulgadas para los interruptores pulsables.
Las zonas sombreadas muestran las posiciones en las que cada contacto está cerrado. 0047-LS-LT
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
3-11
INTERRUPTORES DE FINAL DE CARRERA Ventajas y desventajas de los interruptores de final de carrera/Ventajas
Ventajas y desventajas de los interruptores de final de carrera Ventajas Las ventajas mecánicas de los interruptores de final de carrera son: • • • • • • •
facilidad de uso operación sencilla y visible carcasa durable cierres herméticos para una operación confiable elevada resistencia a las distintas condiciones ambientales alta repetibilidad operación de apertura positiva de contactos (algunos modelos)
Las ventajas eléctricas de los interruptores de final de carrera son: •
• • • • •
capacidad de conmutar cargas eléctricas más elevadas que otras tecnologías de detección (5 A a 24 V CC o 10 A a 120 V CA en versiones típicas, comparables con menos de 1 A en interruptores de proximidad o fotoeléctricos) inmunidad a la interferencia de ruido eléctrico inmunidad a la interferencia de frecuencias de radio (walkietalkies) ausencia de corriente de fuga pérdidas de voltaje mínimas operación sencilla basada en las características de N. A. y/o N. C.
Desventajas Las desventajas de los interruptores de final de carrera son: • • •
3-12
vida de los contactos más breve que en las tecnologías de estado sólido los componentes mecánicos móviles se desgastan no todas las aplicaciones pueden utilizar detección por contacto
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
INTERRUPTORES DE FINAL DE CARRERA Aplicaciones típicas/Desventajas
Aplicaciones típicas • • • • • •
Sistemas de cintas transportadoras Máquinas de transferencia Tornos de torreta automáticos Fresas y taladros Brocas radiales Equipo de producción de alta velocidad
Ejemplo 3.1: Verificación de posición
Interruptores de final de carrera para verificación de apertura/cierre de puerta
0040-LS-LA
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
3-13
INTERRUPTORES DE FINAL DE CARRERA Aplicaciones típicas/Desventajas
Ejemplo 3.2: Trabajo en madera
Interruptor de final de carrera de fin de recorrido para detección de piezas Interruptor de final de carrera para indicador de desalineación de cinta transportadora
0028-LS-LA
Ejemplo 3.3: Conteo y detección de piezas
0039-LS-LA
3-14
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
4 Sensores de proximidad inductivos Los sensores de proximidad inductivos son dispositivos de estado sólido diseñados para detectar objetos metálicos. Con una correcta instalación, esta tecnología sin contactos junto con la ausencia de partes móviles hacen que los sensores de proximidad inductivos no estén sujetos a daños ni desgaste mecánicos. Además, funcionan bien en ambientes muy sucios, en los cuales no se ven afectados por la acumulación de contaminantes tales como polvo, grasa, aceite u hollín en la cara de detección. Esto hace de la tecnología inductiva un candidato ideal para aplicaciones industriales intensas. Los sensores de proximidad inductivos operan según el principio del oscilador neutralizado de corrientes parásitas (ECKO, Eddy Current Killed Oscillator). Estos sensores están diseñados para generar un campo electromagnético. Cuando un objeto metálico entra en este campo, se inducen corrientes de superficie (corrientes parásitas) en el objeto metálico, las cuales restan energía al campo electromagnético, dando lugar a una pérdida de energía en el circuito del oscilador y, por tanto, a una reducción de la amplitud de la oscilación. El circuito activador detecta este cambio y genera una señal de encendido o apagado. Cuando el objeto sale del campo electromagnético, el oscilador se regenera y el sensor vuelve a su estado normal. Figura 4.1: Proximidad inductiva típica
El oscilador se mueve a toda intensidad cuando no hay ningún objeto. El oscilador se mueve más despacio cuando el campo empieza a interrumpirse.
El oscilador se detiene y se detecta metal. El oscilador empieza a moverse a medida que el objeto se aleja del campo.
Sensor
Posición de objeto metálico
El oscilador se mueve a toda intensidad cuando no hay ningún objeto. 0052-PX-LT
Los sensores de proximidad inductivos detectan tanto metales férricos (que contienen hierro) como no férricos. Generalmente, estos dispositivos se utilizan para detectar la posición de objetos metálicos en procesos de maquinado automatizado, o bien para detectar piezas metálicas en procesos de montaje automatizado y en operaciones de detección de presencia de envases metálicos en procesos automatizados de envasado de alimentos o bebidas.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
4-1
SENSORES DE PROXIMIDAD INDUCTIVOS Diseño de los sensores de proximidad inductivos/Componentes básicos
Diseño de los sensores de proximidad inductivos Un sensor de proximidad inductivo consta de cuatro componentes básicos: • • • • Figura 4.2: Componentes de un sensor inductivo
conjunto de núcleo de ferrita y bobina oscilador circuito activador o de disparo circuito de salida
Conjunto de núcleo de ferrita y bobina
Oscilador
Circuito de disparo (detector)
Salida de estado sólido
0053-PX-LT
Componentes básicos
4-2
Conjunto de núcleo/ bobina
El conjunto de núcleo de ferrita y bobina genera un campo electromagnético a partir de la energía eléctrica suministrada por el oscilador.
Oscilador
El oscilador suministra energía eléctrica al conjunto de núcleo de ferrita y bobina.
Circuito activador
El circuito activador detecta cambios en la amplitud de la oscilación. Estos cambios se producen cuando un objeto metálico entra o sale del campo electromagnético irradiado desde la cara del sensor.
Salida de estado sólido
Cuando se detecta un cambio suficiente en el campo electromagnético, la salida de estado sólido proporciona una señal eléctrica para la conexión en interfase con un PLC o una lógica de máquina. Esta señal indica la presencia o ausencia de un objeto metálico en el campo de detección.
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SENSORES DE PROXIMIDAD INDUCTIVOS Diseño de los sensores de proximidad inductivos/Componentes básicos
Diseño blindado o no blindado Todo sensor de proximidad inductivo puede clasificarse como de diseño blindado o no blindado.
Distancia de detección típica con blindaje o sin blindaje
La distancia de operación de un sensor de proximidad inductivo depende del diámetro de la bobina de detección y de que ésta esté blindada o no. Las nuevas configuraciones de detección de proximidad inductiva permiten márgenes de detección más amplios.
Figura 4.3: Distancia de detección nominal típica con blindaje o sin blindaje
15
10
15
Distancia nominal de detección (mm)
8 5 4 3 1
2 1.5 S = Blindado N = No blindado
S N 8mm
S N 12mm
S
N 18mm
S
N 30mm
Diámetro de sensor
Diseño blindado
0085-PX-LT
Los sensores blindados se fabrican con un anillo de blindaje alrededor del núcleo y la bobina. Esto concentra el campo electromagnético frente a la cara del sensor. En los sensores con carcasas metálicas, son éstas a menudo las que proporcionan el blindaje.
Figura 4.4: Conjunto de núcleo y bobina de un sensor blindado Bobina
Carcasa
Blindaje
Núcleo de ferrita 0054-PX-LT
El diseño blindado permite montar el sensor en el metal que lo rodea de manera que quede al ras (embutido) y no cause una falsa activación. Figura 4.5: Sensores blindados embutidos y cerrados juntos Metal
0083-PX-LT
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
4-3
SENSORES DE PROXIMIDAD INDUCTIVOS Diseño de los sensores de proximidad inductivos/Componentes básicos
Diseño no blindado
Los sensores no blindados no se fabrican con una banda metálica alrededor del núcleo y la bobina; por tanto, el campo electromagnético generado por un sensor no blindado no se concentra tanto frente a la cara del sensor como en un sensor blindado. Esto hace que los sensores no blindados sean más sensibles a los metales que los rodean. El diseño no blindado permite un margen de detección de hasta un 50% mayor que el de un sensor blindado del mismo tamaño. Debido a este mayor margen, los objetos difíciles pueden ser más fáciles de detectar con sensores no blindados.
Figura 4.6: Conjunto de núcleo y bobina de diseño no blindado
Bobina
Carcasa Núcleo de ferrita 0055-PX-LT
Los sensores no blindados no pueden embutirse en metal. Para evitar una falsa activación, los sensores no blindados deben montarse con una zona no metálica alrededor de la cara de detección. Figura 4.7: Diseño no blindado montado con una zona no metálica
Metal
0084-PX-LT
Consideraciones de espaciado
El diámetro de la bobina de detección determina el espaciado entre los sensores. Los sensores no blindados deben colocarse más separados que los sensores blindados debido a que sus campos de detección se extienden lateralmente con respecto a la cara de detección y producen lecturas falsas si se superponen.
Figura 4.8: Espaciado para sensores no blindados
Correcto
Incorrecto 0056-PX-LT
4-4
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SENSORES DE PROXIMIDAD INDUCTIVOS Diseño de los sensores de proximidad inductivos/Componentes básicos
El espacio necesario entre los sensores varía dependiendo del dispositivo usado. No obstante, los sensores blindados suelen requerir una distancia correspondiente al diámetro de la cara de detección (en el caso de sensores contiguos) y dos veces el diámetro de la cara de detección (para sensores montados uno al frente del otro). Figura 4.9: Espaciado para sensores blindados contiguos y montados uno al frente del otro
d
d
d
3 Dn
2d
2d
d
d
d d = diámetro o ancho de la cara detectada Dn = distancia nominal de detección 0086-PX-LT
Los sensores no blindados suelen requerir un espacio correspondiente a tres veces el diámetro de la cara de detección (para sensores contiguos) y a cuatro veces el diámetro de la cara de detección cuando se montan uno al frente del otro. Figura 4.10: Espaciado para sensores no blindados contiguos y montados uno al frente del otro
d
>3d 3d d
3 Dn 4d
0.4d 4d
d 4d d
d = diámetro o ancho de la cara detectada Dn = distancia nominal de detección 0087-PX-LT
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
4-5
SENSORES DE PROXIMIDAD INDUCTIVOS Consideraciones relativas al objeto/Margen de detección frente a material y tamaño del objeto
Consideraciones relativas al objeto La distancia de operación de un sensor de proximidad inductivo varía para cada objeto y cada aplicación. La capacidad de un sensor de detectar un objeto depende del material del objeto metálico, de su tamaño y forma.
Margen de detección frente a material y tamaño del objeto La distancia de operación nominal (Dn) es una cifra convencional empleada para designar la distancia a la que un objeto estándar que se aproxima a la cara del sensor causa un cambio en la señal de salida. Por objeto estándar se entiende una pieza cuadrada de acero dulce de 1 mm de grosor (0,04 pulgadas) con una longitud lateral igual al diámetro de la cara de detección o tres veces la distancia de operación nominal (el valor que sea mayor). Figura 4.11: Objeto estándar para sensores de proximidad inductivos
1mm
d Acero dulce
d = diámetro del sensor o distancia de detección por 3 (el que sea mayor). 0103-PX-LT
La distancia de operación nominal se utiliza como punto de referencia para objetos estándar de acero dulce. En aplicaciones típicas, la distancia de operación no sólo depende de la composición del objeto, sino también de su tamaño y forma. La distancia de operación nominal de un objeto estándar de acero dulce debe multiplicarse por un factor de corrección para determinar la distancia de operación nominal para otros tipos de metales.
4-6
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SENSORES DE PROXIMIDAD INDUCTIVOS Consideraciones relativas al objeto/Margen de detección frente a material y tamaño del objeto
Efectos del material del objeto En la siguiente figura se muestran los factores de corrección típicos para diferentes metales. Figura 4.12: Factores de corrección típicos
Acero dulce
1 por la distancia de operación nominal
Acero inoxidable
0.9 por la distancia de operación nominal
Latón
0.5 por la distancia de operación nominal
Aluminio
0.45 por la distancia de operación nominal
Cobre
0.4 x por la distancia de operación nominal
Distancia máxima de operación (punto detectado) 0057-PX-LT
Factores de corrección para sensores de proximidad inductivos
El factor de corrección se utiliza para determinar la distancia de detección para materiales que no sean de acero dulce estándar. La composición del objeto tiene un efecto importante sobre la distancia de detección de los sensores de proximidad inductivos. Si se utiliza un objeto fabricado con uno de los materiales listados, deberá multiplicarse la distancia de detección nominal por el factor de corrección correspondiente con el fin de determinar la distancia de detección nominal. Obsérvese que los sensores selectivos no férricos no detectarán acero ni aceros inoxidables de tipo férrico. Asimismo, los sensores selectivos tipo férricos no detectarán metales no férricos. Los factores de corrección que aparecen a continuación son sólo de referencia. Consulte la hoja de especificaciones del producto para el sensor que se desee usar. Los materiales comunes y sus factores de corrección específicos se incluyen en la página de especificaciones de cada producto. (rango de detección nominal) x (factor de corrección) = margen de detección Tabla 4.1:
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Factores de corrección
Material del objeto
Factor de corrección aproximado
Acero dulce
1.0
Acero inoxidable
0.85
Bronce o latón
0.50
Aluminio
0.45
Cobre
0.40
Fundamentos de la detección de presencia
4-7
SENSORES DE PROXIMIDAD INDUCTIVOS Consideraciones relativas al objeto/Efectos del tamaño y la forma del objeto
Efectos del tamaño y la forma del objeto Al elegir un sensor de proximidad inductivo también deben considerarse el tamaño y la forma del objeto. Para calcular la corrección en base al tamaño y la forma del objeto deberán seguirse estas recomendaciones generales: • • • • • •
De preferencia, usar objetos planos. Los objetos redondeados pueden reducir la distancia de operación. Los materiales no férricos suelen reducir la distancia de operación para los modelos de detección de todos los metales. Los objetos menores que la cara de detección suelen reducir la distancia de operación. Los objetos mayores que la cara de detección pueden aumentar la distancia de detección. Las láminas pueden aumentar la distancia de operación.
La distancia de operación nominal no tiene en cuenta las tolerancias ni variaciones de fabricación debidas a condiciones externas tales como el voltaje o la temperatura. Si se tienen en cuenta estos factores, la distancia de operación real de un sensor puede variar en hasta ±20% con respecto a la distancia de operación nominal.
Sensores para todos los metales: selectivos férricos y no férricos Los sensores sensibles a todos los metales, o sensores de proximidad inductivos estándar, detectan cualquier metal situado frente a la cara de detección. Un sensor selectivo férrico (detecta cualquier metal que contenga hierro) ignora el latón o bronce, el aluminio y el cobre, mientras que un sensor selectivo no férrico (detecta cualquier metal que no contenga hierro) ignora el acero o aceros inoxidables de tipo férrico. Los sensores selectivos férricos y no férricos pueden ser muy útiles en aplicaciones donde es necesario detectar un tipo de metal e ignorar otros. Por ejemplo, durante la fabricación de una pieza de aluminio, puede utilizarse un sensor selectivo férrico para detectar la herramienta de corte de acero templado e ignorar el bloque de aluminio y las virutas de aluminio formadas durante el proceso de fabricación. Los sensores selectivos no férricos también permiten un margen de detección 400% mayor para materiales no férricos que los modelos de detección estándar (para todos los metales). No se requieren factores de corrección; todos los metales no férricos son detectados a la distancia de operación nominal.
4-8
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SENSORES DE PROXIMIDAD INDUCTIVOS Consideraciones relativas al objeto/Sensores para todos los metales: selectivos férricos y no férricos
Movimiento de objetos Los objetos detectados pueden aproximarse a un interruptor de proximidad por la cara de detección activa (eje de referencia) o aproximarse/retroceder desde la cara de detección.
Aproximación lateral
En la mayoría de las aplicaciones, la confiabilidad del sensor aumenta cuando el objeto pasa por delante de la cara activa. Esto se debe a que la cara de detección está más controlada con respecto a la distancia al objeto. Cuando se utiliza este modo de detección, es necesario prestar especial consideración a la frecuencia de conmutación o velocidad de respuesta. Por frecuencia de conmutación se entiende el tiempo hasta el cambio del estado de la salida entre los estados normal, cambiado y normal.
Frecuencia de conmutación
La frecuencia de conmutación es la velocidad máxima a la que el sensor emite pulsos individuales discretos cuando el objeto entra y sale del campo de detección. Este valor siempre depende del tamaño y velocidad del objeto, y de la distancia de la cara de detección. La frecuencia de conmutación indica el número máximo posible de operaciones de conmutación por segundo. El método de medición para determinar la frecuencia de conmutación nominal con objetos estándar se especifica en DIN IEC 60947-5-2. Todo cambio en el tamaño o material del objeto afectará la respuesta de frecuencia de conmutación real.
Figura 4.13: Frecuencia de conmutación
d
Interruptor de proximidad Dirección del movimiento
m
2xm
Dn 2
Objetos de Fe 360 o A570 Grado 36
m Material no magnético y no conductor
m=d
Aproximación directa (radial) del objeto
0110-PX-LT
Cuando el objeto se acerca a un sensor de proximidad directamente hacia la cara de detección, la confiabilidad puede mejorarse considerando los efectos de la histéresis. Cabe notar que en el caso de aproximación directa de un objeto, también es necesario tomar en cuenta la frecuencia de conmutación.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
4-9
SENSORES DE PROXIMIDAD INDUCTIVOS Consideraciones relativas al objeto/Sensores para todos los metales: selectivos férricos y no férricos
Histéresis (desplazamiento diferencial)
La diferencia entre los puntos de operación y liberación recibe el nombre de histéresis o desplazamiento diferencial. Al seleccionar la ubicación del objeto y del sensor hay que tener en cuenta la magnitud del desplazamiento del objeto necesaria para la liberación del dispositivo tras su accionamiento. La histéresis es necesaria para prevenir el encendido y apagado de forma sucesiva y rápida cuando el sensor y/o el objeto están sometidos a golpes o vibraciones. Para evitar este fenómeno, la amplitud de la vibración debe ser menor que la banda de histéresis.
Figura 4.14: Histéresis Dirección del movimiento
Objeto
Punto de conmutación al alejarse Punto de conmutación al acercarse
Distancia de operación
Histéresis
Interruptor de proximidad 0111-PX-LT
4-10
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SENSORES DE PROXIMIDAD INDUCTIVOS Consideraciones relativas al objeto/Sensores para todos los metales: selectivos férricos y no férricos
Inmunidad a campos de soldadura En ciertas aplicaciones, como soldaduras y calentamiento inductivo, existen grandes campos electromagnéticos. Es posible modificar los circuitos de los sensores de proximidad para aumentar su resistencia a los efectos de dichos campos. A continuación se presentan consideraciones de montaje importantes para estas aplicaciones.
Consideraciones de montaje para sensores de proximidad inmunes a campo de soldadura
Una operación fiable depende de la fuerza del campo magnético y de la distancia entre la línea de corriente eléctrica y el sensor.
Figura 4.15: Montaje perpendicular al eje del campo electromagnético
Línea de corriente
Sensor Campo magnético 0112-PX-LT
El siguiente gráfico muestra la distancia mínima por la que debe estar separado el sensor del campo de soldadura, representada en el eje horizontal (r), en función del amperaje generado por el campo de soldadura. Una distancia dentro de la zona de seguridad mejorará la confiabilidad del sensor. 50kA Corriente de soldadura
Figura 4.16: Inmunidad al campo de soldadura
40kA 30kA 20kA
Zona de seguridad
10kA 0kA 0mm
10mm 20mm 30mm 40mm 50mm 0.5" 1.0" 1.5" 2.0" 2.5" Distancia desde la línea de corriente (r) 0113-PX-LT
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
4-11
SENSORES DE PROXIMIDAD INDUCTIVOS Ventajas y desventajas de los sensores de proximidad inductivos/Ventajas
Ventajas y desventajas de los sensores de proximidad inductivos Ventajas Las ventajas de los sensores de proximidad inductivos son: 1. No se ven afectados por la humedad. 2. No se ven afectados por el polvo o la suciedad. 3. Carecen de partes móviles, por lo que no hay desgaste mecánico. 4. No dependen del color. 5. Tienen una dependencia menor de la superficie que otras tecnologías de detección. 6. No existe una zona ciega.
Desventajas Los inconvenientes de los sensores de proximidad inductivos son: 1. Sólo detectan la presencia de objetos metálicos. 2. El margen de operación es más corto que el de otros dispositivos de detección disponibles. 3. Pueden verse afectados por campos electromagnéticos intensos.
4-12
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SENSORES DE PROXIMIDAD INDUCTIVOS Aplicaciones típicas/Desventajas
Aplicaciones típicas Ejemplo 4.1: Máquinas herramientas
Torno Carro portaherramientas
Sensor de proximidad inductivo
Sensor de proximidad inductivo 0099-PX-LA
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
4-13
SENSORES DE PROXIMIDAD INDUCTIVOS Aplicaciones típicas/Desventajas
Ejemplo 4.2: Detección de la presencia de un cojinete en un pistón
Cojinete
in cojinete
A
A = Zona de detección
4-14
Fundamentos de la detección de presencia
0019-PX-LA
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SENSORES DE PROXIMIDAD INDUCTIVOS Aplicaciones típicas/Desventajas
Ejemplo 4.3: Clasificación de piezas en línea
Malo Bueno
Detalle
0030-PX-LA
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
4-15
5 Sensores de proximidad capacitivos Los sensores capacitivos permiten detectar objetos metálicos y no metálicos, sólidos y líquidos, si bien son más apropiados para detectar objetos no metálicos debido a sus características y costo en comparación con los sensores de proximidad inductivos. En la mayoría de las aplicaciones con objetos metálicos es preferible usar sensores inductivos por su confiabilidad y asequibilidad. Los sensores de proximidad capacitivos son similares a los inductivos en cuanto a su tamaño, forma y "concepto". Sin embargo, a diferencia de estos últimos que utilizan campos magnéticos para detectar objetos, los sensores de proximidad capacitivos reaccionan a alteraciones en campos electrostáticos. La sonda situada detrás de la cara del sensor es una placa condensadora. Al aplicar corriente al sensor, se genera un campo electrostático que reacciona a los cambios de la capacitancia causados por la presencia de un objeto. Cuando el objeto se encuentra fuera del campo electrostático, el oscilador permanece inactivo, pero cuando el objeto se aproxima, se desarrolla un acoplamiento capacitivo entre éste y la sonda capacitiva. Cuando la capacitancia alcanza un límite especificado, el oscilador se activa, lo cual dispara el circuito de encendido y apagado. Figura 5.1: Proximidad capacitiva
El oscilador se detiene si no hay ningún objeto. El oscilador se pone en marcha y aumenta de frecuencia cuando el campo empieza a interrumpirse. El oscilador se mueve a su máxima frecuencia y amplitud cuando hay un objeto. El oscilador se mueve más despacio cuando el objeto se aleja del campo.
Sensor
Posición del objeto
El oscilador se detiene cuando no hay ningún objeto. 0109-PX-LT
La capacidad del sensor para detectar el objeto depende del tamaño y de la constante dieléctrica del objeto, así como de su distancia con respecto al sensor. La constante dieléctrica es una propiedad del material. Todos los materiales tienen una constante dieléctrica. Aquéllos con constantes dieléctricas más altas son más fáciles de detectar que los que tienen valores más bajos. Para más información, consulte la sección “Constantes dieléctricas” en la página 5-5. Cuanto mayor es el tamaño o la constante dieléctrica del objeto, más fuerte es el acoplamiento capacitivo entre la sonda y el objeto. Cuanto más corta es la distancia entre el objeto y la sonda, más fuerte es el acoplamiento capacitivo entre la sonda y el objeto.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
5-1
SENSORES DE PROXIMIDAD CAPACITIVOS Diseño de los sensores de proximidad capacitivos/Componentes básicos
Diseño de los sensores de proximidad capacitivos El sensor consta de cuatro componentes básicos: • • • • •
sonda o placa capacitiva oscilador detector del nivel de señal dispositivo interruptor de salida de estado sólido potenciómetro de ajuste
Figura 5.2: Componentes de un sensor capacitivo
Detalle de sonda Campo principal B B
A
A
B
B Campo de compensación
B A
B A B
ista frontal
Oscilador
Circuito de disparo (detector)
A=Electrodos del detector B=Electrodos del compensador (Detectores no blindados)
Salida
0100-PX-LT
Componentes básicos
5-2
Sonda o placa capacitiva
La sonda capacitiva irradia un campo electrostático que genera un acoplamiento capacitivo entre la sonda y el objeto que entra en el campo.
Oscilador
El oscilador suministra energía eléctrica a la sonda o placa capacitiva.
Circuito de disparo
El circuito de disparo detecta cambios en la amplitud de la oscilación. Los cambios ocurren cuando un objeto entra o sale del campo electrostático irradiado desde el sensor.
Dispositivo interruptor de salida de estado sólido
Una vez detectado un cambio suficiente en el campo electrostático, la salida de estado sólido genera una señal eléctrica que la debe interpretar un dispositivo de interfase tal como un controlador lógico programable (PLC). Esta señal indica la presencia de un objeto en el campo de detección.
Potenciómetro de ajuste
Si el potenciómetro se gira a la derecha (sentido horario), la sensibilidad aumenta; si se gira a la izquierda (sentido antihorario), la sensibilidad disminuye.
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SENSORES DE PROXIMIDAD CAPACITIVOS Diseño blindado o diseño no blindado/Sonda blindada
Diseño blindado o diseño no blindado Los sensores capacitivos pueden ser de diseño blindado o no blindado.
Sonda blindada Los sensores blindados cuentan con una banda de metal alrededor de la sonda. Esto ayuda a dirigir el campo electrostático hacia el frente del sensor, permitiendo un campo más concentrado. Figura 5.3: Sonda blindada
Sonda Blindaje Carcasa
0070-PX-LT
El diseño blindado permite embutir el sensor en el material circundante sin causar falsas activaciones. Figura 5.4: Sensores blindados embutidos
d
8d
d
3 Dn
8d
0102-PX-LT
Los sensores de proximidad capacitivos blindados son apropiados para la detección de materiales con constantes dieléctricas bajas (difíciles de detectar) debido a que sus campos electrostáticos son muy concentrados. Esto les permite detectar objetos que los sensores no blindados no pueden detectar.
Sonda no blindada Los sensores no blindados no tienen una banda de metal alrededor de la sonda, por lo que su campo electrostático es menos concentrado. Muchos modelos no blindados cuentan con sondas de compensación que proporcionan una mayor estabilidad. Más adelante en esta sección, analizaremos las sondas de compensación. Figura 5.5: Sonda no blindada
Sonda de compensación Sonda Carcasa 0071-PX-LT
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
5-3
SENSORES DE PROXIMIDAD CAPACITIVOS Diseño blindado o diseño no blindado/Sonda no blindada
Los sensores capacitivos no blindados también son más apropiados que los modelos blindados para anclajes para sensores de plástico, accesorios diseñados para aplicaciones de nivel de líquido. El anclaje se monta a través de un agujero en un depósito (o silo) y el sensor se introduce en el receptáculo del anclaje. El dispositivo detecta el líquido del depósito a través de la pared del anclaje del sensor. Figura 5.6: Diseño no blindado montado sobre metal
d para sensores capacitivos montados en plástico. 3d (modelos de 12, 18mm) o 1.5d (modelos de 30, 34mm) montados en metal. d
>3d 3d
d
3 Sn 8d
Para sensores capacitivos, 3d a sensibilidad media a 8d para sensibilidad máxima.
d = diámetro o ancho de la cara de detección activa Sn = distancia nominal de detección 0104-PX-LT
El campo electrostático de un sensor no blindado es menos concentrado que el de un modelo blindado. Esto hace que los sensores capacitivos no blindados sean ideales para detectar materiales con una constante dieléctrica alta (fáciles de detectar), o para diferenciar entre materiales con constantes bajas y altas. Para ciertos objetos, los sensores de proximidad capacitivos no blindados tienen distancias de detección mayores que los modelos blindados. Los modelos no blindados equipados con una sonda de compensación pueden ignorar el polvo, el vaho, pequeñas cantidades de suciedad y pequeñas gotas de aceite o agua que se acumulan sobre el sensor. La sonda de compensación también mejora la resistencia del sensor a las variaciones del nivel de humedad ambiental.
5-4
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SENSORES DE PROXIMIDAD CAPACITIVOS Consideraciones relativas al objeto/Constantes dieléctricas
Consideraciones relativas al objeto Al igual que en el caso de los sensores de proximidad inductivos, el objeto estándar para los sensores capacitivos corresponde a una pieza cuadrada de acero dulce de 1 mm (0,04 pulgadas) de grosor con una longitud lateral igual al diámetro de la cara activa, o tres veces la distancia de conmutación nominal (el valor que sea mayor). El objeto estándar está conectado a tierra conforme a los estándares de prueba IEC; sin embargo, un objeto en una aplicación típica no necesita estar conectado a tierra para que la detección sea confiable.
Constantes dieléctricas Los materiales con constantes dieléctricas más altas son más fáciles de detectar que los que tienen valores más bajos. Por ejemplo, el agua y el aire son extremos dieléctricos. Un sensor de proximidad capacitivo podría ser muy sensible al agua, que tiene una constante dieléctrica de 80, siendo ideal para aplicaciones como la detección de nivel de líquidos. Sin embargo, el mismo sensor no sería sensible al aire, que tiene una constante dieléctrica de 1. Otros objetos estarían dentro del intervalo de sensibilidad, como la madera húmeda, que tiene una constante dieléctrica de entre 10 y 30, y la madera seca, cuya constante dieléctrica es de entre 2 y 6. A continuación se presenta una lista parcial de las constantes dieléctricas de algunos materiales industriales típicos. Si desea más información, consulte el CRC Handbook of Chemistry and Physics (CRC Press), el CRC Handbook of Tables for Applied Engineering Science (CRC Press) u otras publicaciones sobre este tema. Tabla 5.1:
Constantes dieléctricas de materiales industriales comunes Material
Acetona Resina acrílica Aire Alcohol Amoníaco Anilina Soluciones acuosas
Constant e
Material
19.5
Perspex
3.2-3.5
2.7-4.5
Petróleo
2.0-2.2
1.000264
Resina fenólica
4-12
25.8
Poliacetal
3.6-3.7
15-25
Poliamida
5.0
6.9 50-80
Resina de poliéster Polietileno
Baquelita
3.6
Polipropileno
Benceno
2.3
Poliestireno
Dióxido de carbono
Constant e
1.000985
Resina de cloruro polivinílico
2.8-8.1 2.3 2.0-2.3 3.0 2.8-3.1
Tetracloruro de carbono
2.2
Porcelana
4.4-7
Celuloides
3.0
Leche en polvo
3.5-4
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
5-5
SENSORES DE PROXIMIDAD CAPACITIVOS Consideraciones relativas al objeto/Constantes dieléctricas
Tabla 5.1:
Constantes dieléctricas de materiales industriales comunes Material
Constant e
Material
Constant e
Polvo de cemento
4.0
Cartón prensado
2-5
Cereales
3-5
Cristal de cuarzo
3.7
Cloro líquido
2.0
Caucho
Ebonita
2.7-2.9
Resina epóxida
2.5-6
Etanol
24
Etilenglicol
2.5-35
Sal
6.0
Arena
3-5
Shellac (Barniz de laca)
38.7
Limo Shell
2.5-4.7 1.2
Ceniza
1.5-1.7
Barniz de silicona
2.8-3.3
Harina
1.5-1.7
Aceite de soja
2.9-3.5
Freón R22 y 502 (líquido) Gasolina
6.11
Acero
2.2
Vidrio Glicerina Mármol Resina melamínica
Resina de estireno
3.7-10
Azúcar
3.0
47
Azufre
3.4
8.0-8.5
Teflón
2.0
Tolueno
2.3
Aceite para transformadores
2.2
Aceite de trementina
2.2
Resina de urea
5-8
4.7-10.2
Metal Mica
5.7-6.7
Nitrobencina
2.3-3.4
36
Naylon
4-5
Vaselina
Papel oleosaturado
4.0
Agua
2.2-2.9 80
Parafina
1.9-2.5
Madera seca
Papel
1.6-2.6
Madera húmeda
2-7 10-30
Los materiales con constantes dieléctricas altas pueden detectarse a través de las paredes de contenedores fabricados con materiales con constantes dieléctricas más bajas. Un ejemplo es la detección de alcohol o harina a través de una pared de vidrio. El alcohol se podría detectar a través del vidrio, mientras que la harina no. Fig. 5.6: Detección capacitiva a través de un depósito
Alcohol 25.8
Correcto
Pared de vidrio 3.7
Harina 1.5
Incorrecto 0063-PX-LT
Es necesario probar cada aplicación. La lista de constantes dieléctricas le permitirá determinar la viabilidad de una aplicación. Los valores indicados variarán dependiendo del tamaño y la densidad del objeto en cuestión.
5-6
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SENSORES DE PROXIMIDAD CAPACITIVOS Consideraciones ambientales/Constantes dieléctricas
Consideraciones ambientales Todo material que entre en el campo electrostático de un sensor capacitivo puede causar una señal de salida. Esto incluye el vaho, el polvo, la suciedad y otros contaminantes acumulados sobre la cara del sensor. El uso de electrodos de compensación en la sonda contribuye a estabilizar los sensores no blindados. El campo de compensación no se extiende lejos del sensor. Cuando el objeto entra en el campo de detección, el campo de compensación no varía. Cuando los contaminantes se depositan directamente sobre la cara del sensor, ambos campos (el del sensor y el de compensación) se verán afectados. El sensor no detecta este cambio de la capacitancia y, por tanto, no genera una salida debido a que la capacitancia del sensor aumenta en la misma proporción que la capacitancia de compensación. Figura 5.7: Operación con sonda de compensación
Detalle de sonda Campo principal B B
A
B
A B
Campo de compensación 0101-PX-LT
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
5-7
SENSORES DE PROXIMIDAD CAPACITIVOS Ventajas y desventajas de los sensores de proximidad capacitivos/Ventajas
Ventajas y desventajas de los sensores de proximidad capacitivos Ventajas Las ventajas de los sensores de proximidad capacitivos son: 1. Detectan objetos metálicos y no metálicos, así como líquidos y sólidos. 2. Pueden “ver a través” de ciertos materiales (cajas de productos). 3. Son de estado sólido y tienen una larga vida útil. 4. Disponen de muchas configuraciones de montaje.
Desventajas Las desventajas de los sensores de proximidad capacitivos son: 1. Distancia de detección corta (1 pulgada o menos) que varía en función del material detectado. 2. Son muy sensibles a factores ambientales: la humedad en climas costeros o lluviosos puede afectar el resultado de la detección. 3. No son selectivos con respecto al objeto detectado: es esencial controlar qué es lo que se aproxima al sensor.
5-8
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SENSORES DE PROXIMIDAD CAPACITIVOS Aplicaciones típicas/Desventajas
Aplicaciones típicas 1. Detección del nivel de líquido. •
Detección a través de una mirilla para determinar el nivel de líquido, como el de batido en el procesamiento de alimentos, o el de tinta en aplicaciones de impresión. • Introducción a través de tubos sellados en depósitos o contenedores para productos químicos o soluciones acuosas. 2. Cadenas de llenado de productos. • •
Embotellado (champú). Detección de cajas completas para asegurarse de que un contenedor tiene el número requerido de productos. • Comprobación de niveles de materiales, como el de cereales en caja. 3. Detección de piezas de plástico. •
Plásticos en envases de productos, como surtidores o dosificadores en cajas de detergente para ropa. • Materiales plásticos dentro de una tolva. 4. Detección de pallets para la manipulación de materiales. 5. Productos de forma irregular. • •
Objetos orientados al azar en una cinta transportadora. Objetos muy texturados.
Ejemplo 5.1: La detección de nivel en una tolva puede realizarse a través de una ventana o mediante la incrustación en el material
0064-PX-LT
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
5-9
SENSORES DE PROXIMIDAD CAPACITIVOS Aplicaciones típicas/Desventajas
Ejemplo 5.2: Detección de productos a través del embalaje
0065-PX-LT
5-10
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
6 Sensores de proximidad ultrasónicos Los sensores ultrasónicos emiten un pulso de sonido que se refleja en los objetos que entran en el campo de ondas. El sensor recibe el sonido, o “eco”, y genera una señal de salida, analógica o digital, que será utilizada por un accionador, un controlador o una computadora. Figura 6.1: Ondas sonoras que se reflejan en objetos sólidos y líquidos
Detector
Objeto 0088-PX-LT
La tecnología de detección ultrasónica se basa en el principio según el cual el sonido tiene una velocidad relativamente constante. El tiempo necesario para que el haz de un sensor ultrasónico llegue al objeto y vuelva es directamente proporcional a la distancia a la que se encuentra el objeto. Por ello, los sensores ultrasónicos se utilizan a menudo para aplicaciones de medición de distancias, como por ejemplo en el control de niveles. Los sensores ultrasónicos son capaces de detectar la mayoría de los objetos (metálicos o no metálicos, transparentes u opacos, líquidos, sólidos o granulares) que poseen una reflectividad acústica suficiente. Otra ventaja de este tipo de sensores es que se ven menos afectados por la condensación de humedad que los sensores fotoeléctricos. Uno de los inconvenientes es que la detección de los materiales que absorben el sonido, como la tela, el caucho blando, la harina y la espuma, es decifiente.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
6-1
SENSORES DE PROXIMIDAD ULTRASÓNICOS Diseño de los sensores ultrasónicos/Componentes básicos
Diseño de los sensores ultrasónicos Los sensores de proximidad ultrasónicos tienen cuatro componentes básicos: • • • •
transductor/receptor comparador circuito detector salida de estado sólido
Figura 6.2: Componentes de un sensor de proximidad ultrasónico
Receptor transductor
Comparador
Circuito detector
Salida
0089-PX-LT
Componentes básicos Transductor/receptor El transductor ultrasónico emite pulsos en forma de ondas sonoras desde la cara del sensor. El transductor también recibe ecos de esas ondas cuando se reflejan en un objeto.
6-2
Comparador y circuito detector
Cuando el sensor recibe el eco, el comparador calcula la distancia comparando los tiempos de emisión-recepción con la velocidad del sonido.
Dispositivo interruptor de salida de estado sólido
La salida de estado sólido genera una señal eléctrica que se debe interpretar con un dispositivo de interfase tal como un controlador lógico programable (PLC). La señal procedente de los sensores digitales indica la presencia o ausencia de un objeto en el campo de detección. La señal que proviene de los sensores analógicos indica la distancia a un objeto en el campo de detección.
Frecuencia de detección
En general, los sensores industriales operan entre 25 kHz y 500 kHz. Los equipos médicos de ultrasonido operan a 5 MHz o más. La frecuencia de detección es inversamente proporcional a la distancia de detección. Mientras que una onda sonora de 50 kHz puede operar a 10 m (33 pies) o más, una onda sonora de 200 kHz está limitada a un margen de detección de aproximadamente 1 m (3 pies).
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SENSORES DE PROXIMIDAD ULTRASÓNICOS Margen de detección y haz efectivo/Distancia de detección mínima
Margen de detección y haz efectivo El margen de detección de un sensor ultrasónico corresponde al área comprendida entre los límites de detección mínimo y máximo. Figura 6.3: Distancia de detección ultrasónica
Distancia máxima de detección Margen de detección
Zona ciega
Distancia mínima de detección 0090-PX-LT
Distancia de detección mínima Los sensores de proximidad ultrasónicos tienen una pequeña área no utilizable próxima a la cara del sensor. Si el haz de ultrasonidos sale del sensor, llega al objeto y vuelve antes de que el sensor haya completado su transmisión, el sensor no recibirá el eco con precisión. Esta área no utilizable recibe el nombre de zona ciega. El borde externo de la zona ciega corresponde a la distancia mínima a la que puede estar un objeto con respecto al sensor sin devolver ecos que sean ignorados o detectados erróneamente por el sensor.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
6-3
SENSORES DE PROXIMIDAD ULTRASÓNICOS Margen de detección y haz efectivo/Haz efectivo
Distancia de detección máxima El tamaño y el material del objeto determinan la distancia máxima a la que se puede detectar el objeto. Cuanto más difícil de detectar es un objeto, más corta es la distancia de detección máxima. Los materiales que absorben el sonido (espuma, algodón, caucho, etc.) son más difíciles de detectar que los materiales acústicamente reflectivos, como el acero, el plástico o el vidrio. Si se los logra detectar, estos materiales absorbentes pueden limitar la distancia de detección máxima. Figura 6.4: Margen de detección con una sensibilidad máxima
Máx.
Esponja
Máx.
Cartón
Máx.
Metal
0091-PX-LT
Haz efectivo Cuando el transductor vibra, emite pulsos de ultrasonidos que se propagan en un haz cónico. Por lo general, este cono se puede ajustar por medio de un potenciómetro para así ensanchar o extender el margen de detección. Figura 6.5: Haz efectivo
60o
Distancia mínima de detección fija Distancia máxima de detección ajustable 0097-PX-LT
Los fabricantes proporcionan referencias con respecto a las características de sensibilidad de sus sensores. Es necesario probar y experimentar para determinar la distancia de detección máxima.
6-4
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SENSORES DE PROXIMIDAD ULTRASÓNICOS Margen de detección y haz efectivo/Supresión de fondo y objetos no diana
Supresión de fondo y objetos no diana Algunos modelos analógicos permiten suprimir el fondo, lo cual permite al sensor ignorar todos los objetos situados más allá de una distancia especificada. Esta distancia la define el usuario durante la instalación mediante el ajuste de un potenciómetro. Es posible ocultar al sensor los objetos no diana en el campo de detección cubriéndolos con un material que absorba el sonido, o colocándolos de manera que el eco no se refleje hacia el sensor.
Consideraciones de espacio El espacio entre los sensores está determinado por el ángulo de sus haces. Los sensores deben estar espaciados de manera que no se interfieran entre sí. Esta interferencia recibe en ocasiones el nombre de “diafonía” o “cruce”. Figura 6.6: Espacio entre sensores ultrasónicos
Correcto
Incorrecto 0093-PX-LT
Cuando se está utilizando más de un sensor ultrasónico, pueden emplearse los siguientes espaciados como referencia: Figura 6.7: Espaciados de referencia
1.5m 6m
2m
3m 2m
2m
0098-PX-LT
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
6-5
SENSORES DE PROXIMIDAD ULTRASÓNICOS Margen de detección y haz efectivo/Alineación del sensor1
Alineación del sensor1 Dirija el sensor hacia el objeto. Gire lentamente el potenciómetro hasta que se ilumine el LED; ésto indica la presencia del objeto. Ajuste el ángulo del sensor para maximizar el brillo del LED. Si el sensor analógico detecta objetos situados detrás del objeto deseado, gire el potenciómetro para suprimir los objetos del fondo, pero sin que desaparezca el objeto que se desea detectar. Para establecer la distancia de detección de un sensor discreto, ajuste el potenciómetro hasta que el LED se apague sin la presencia del objeto. A continuación, vuelva a colocar el objeto y gire lentamente el potenciómetro hasta que se vuelva a encenderse el LED.
1
6-6
No apropiada para sensores ultrasónicos de haz transmitido.
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SENSORES DE PROXIMIDAD ULTRASÓNICOS Consideraciones relativas al objeto/Alineación del sensor1
Consideraciones relativas al objeto Generalmente, los sensores de proximidad ultrasónicos se ven menos afectados por las características de la superficie del objeto que los sensores fotoeléctricos difusos; sin embargo, requieren que la cara del transductor esté en un ángulo inferior a 3° con respecto a la superficie de objetos planos y lisos. Figura 6.8: Los objetos planos y lisos requieren una alineación exacta del sensor
10o
3o Óptimo
Correcto
Incorrecto 0092-PX-LT
Al detectar superficies de objetos irregulares, las cuales dispersan el sonido, el ángulo de aproximación es menos importante. Figura 6.9: Los objetos irregulares requieren menos precisión
0094-PX-LT
La temperatura de la superficie del objeto también puede influir en el margen de detección. El calor irradiado por objetos que están a altas temperaturas distorsiona el haz sonoro, lo cual acorta el margen de detección y produce lecturas imprecisas. Figura 6.10: La temperatura del objeto afecta las capacidades de detección
Frío Óptimo
Caliente Correcto
Caliente Incorrecto 0095-PX-LT
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
6-7
SENSORES DE PROXIMIDAD ULTRASÓNICOS Consideraciones relativas al objeto/Tamaño del objeto
Tamaño del objeto Cuanto más pequeño sea el objeto, más difícil será detectarlo.
Distancia entre el objeto y el sensor Cuanto más lejos esté el objeto del sensor, más tiempo tardará la recepción del eco. Figura 6.11: Distancia entre el objeto y el sensor
Afectado por la velocidad del sonido
0115-PX-LT
6-8
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SENSORES DE PROXIMIDAD ULTRASÓNICOS Consideraciones ambientales/Ruido ambiental
Consideraciones ambientales Ruido ambiental Los sensores ultrasónicos tienen circuitos de supresión de ruido que les permiten funcionar de manera confiable en ambientes ruidosos.
Presión del aire Los cambios normales de la presión atmosférica no afectan mayormente la exactitud de las medidas; sin embargo, los sensores ultrasónicos no están diseñados ambientes que tengan una presión de aire alta o baja, ya que las presiones extremas pueden dañar físicamente el transductor o la cara del sensor.
Temperatura del aire La velocidad del sonido en el aire depende de la temperatura. Un aumento de la temperatura disminuye la velocidad del sonido y, por consiguiente, aumenta la distancia de detección.
Turbulencia del aire Las corrientes de aire, las turbulencias y las capas de diferentes densidades producen refracción de la onda sonora. Un eco puede debilitarse o desviarse hasta el punto en que no se reciba. El margen de detección, la exactitud y la estabilidad pueden deteriorarse en estas condiciones.
Medidas de protección En aplicaciones húmedas, el sensor no debe montarse de forma tal que sobre la cara de detección pueda depositarse agua u otros líquidos. En general, para mantener la eficacia operativa hay que evitar el depósito de líquidos o sólidos sobre la cara del sensor. La cara del sensor también se puede ver afectada por atmósferas ácidas o alcalinas agresivas.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
6-9
SENSORES DE PROXIMIDAD ULTRASÓNICOS Ventajas y desventajas de los sensores de proximidad ultrasónicos/Ventajas
Ventajas y desventajas de los sensores de proximidad ultrasónicos Ventajas 1. 2.
3.
4.
Los sensores de proximidad ultrasónicos pueden detectar objetos grandes a una distancia de hasta 15 m (49 pies). La respuesta de un sensor de proximidad ultrasónico no depende del color de la superficie ni de la reflectividad óptica del objeto. P. ej., la detección de una placa de vidrio transparente, una de cerámica marrón, una de plástico blanca y una de aluminio brillante es similar. La precisión en cuanto a detección repetida de los sensores ultrasónicos con salidas digitales (encendido/apagado) es excelente. Se pueden ignorar objetos de fondo incluso a distancias de detección largas ya que la histéresis de conmutación es relativamente baja. La respuesta de los sensores ultrasónicos analógicos es lineal con respecto a la distancia. Al conectar el sensor con un LED, es posible tener una indicación visual de la distancia del objeto. Esto los hace ideales para aplicaciones de control de nivel o movimiento lineal.
Desventajas 1.
2.
3.
4. 5.
6.
7.
6-10
Los sensores ultrasónicos deben ver una superficie (especialmente una superficie dura y plana) en perpendicular para recibir un eco amplio. Además, para que la detección sea exacta, se requiere una superficie mínima y específica para cada tipo de sensor. Aunque muestran una buena inmunidad al ruido de fondo, es probable que produzcan respuestas falsas a ruidos intensos, como el “silbido” producido por conductos de aire y válvulas de seguridad. Los sensores de proximidad ultrasónicos requieren un cierto tiempo para que el transductor se detenga una vez iniciada cada transmisión antes de que estén preparados para recibir los ecos de retorno. Como resultado, sus tiempos de respuesta suelen ser más lentos que los de otras tecnologías (aprox. 0,1 segundos). Esto generalmente no representa una desventaja en la mayoría de las aplicaciones de detección de nivel y de medición de distancias. Este mayor tiempo de respuesta incluso resulta útil en algunas aplicaciones. Los sensores ultrasónicos de haz transmitido son mucho más rápidos (su tiempo de respuesta es del orden de 0,002 o 0,003 segundos). Los sensores de proximidad ultrasónicos necesitan de una distancia de detección mínima. Los cambios en las características del ambiente, como la temperatura, la presión, la humedad, el aire y las partículas transmitidas por el aire, afectan la respuesta ultrasónica. Los objetos de baja densidad, como la espuma y la tela, tienden a absorber la energía sonora; estos materiales pueden ser difíciles de detectar a grandes distancias. Las superficies lisas reflejan la energía sonora mejor que las irregulares; sin embargo, el ángulo de detección para una lisa suele ser más crítico que el ángulo de detección para una irregular.
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SENSORES DE PROXIMIDAD ULTRASÓNICOS Aplicaciones típicas/Desventajas
Aplicaciones típicas Ejemplo 6.1: Medición de distancias, alturas y posicionamiento de piezas
Cepilladora
2x
Plancha
4x
0118-PX-LT
Ejemplo 6.2: Control de nivel en depósitos (contenido granular o líquido)
Líquido
0119-PX-LT
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
6-11
SENSORES DE PROXIMIDAD ULTRASÓNICOS Aplicaciones típicas/Desventajas
Ejemplo 6.3: Detección de la presencia o ausencia de piezas, o detección de piezas de vidrio o transparentes
0117-PX-LT
6-12
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
7 Sensores fotoeléctricos En su forma más básica, un sensor fotoeléctrico se puede considerar como un interruptor en el que la función del accionador mecánico o palanca se sustituye por un haz de luz. Al sustituir la palanca por un haz de luz, el dispositivo se puede utilizar en aplicaciones que requieren distancias de detección que vayan de menos de 2,54 cm (1 pulgada) a cien metros o más (varios cientos de pies). Todos los sensores fotoeléctricos operan detectando un cambio en la cantidad de luz recibida por un fotodetector. El cambio de luz permite al sensor captar la presencia o ausencia del objeto así como su tamaño, reflectividad, opacidad, translucidez o color. Los sensores fotoeléctricos logran una detección precisa de objetos sin contacto físico. Existe una gran variedad de sensores fotoeléctricos, cada uno de los cuales ofrece una combinación única de funciones de detección, características de salida y opciones de montaje. Muchos sensores cuentan con funciones incorporadas de lógica o conexión en red de dispositivos que les permiten operar de manera autónoma en aplicaciones que de otra manera necesitarían circuitos lógicos externos o un controlador programable.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
7-1
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Diseño de los sensores fotoeléctricos/Componentes básicos
Diseño de los sensores fotoeléctricos Una fuente de luz envía luz hacia un objeto. Un receptor de luz, dirigido hacia el mismo objeto, detecta la presencia o ausencia de luz directa o reflejada procedente de la fuente. La detección de esta luz genera una señal de salida (que puede ser analógica o digital) hacia un accionador, controlador o computadora. Algunos sensores modifican la señal de salida con lógica de temporización, escalas o ajustes de desplazamiento. Los sensores fotoeléctricos constan de cinco componentes básicos: • • • • • Figura 7.1: Componentes de un sensor fotoeléctrico
fuente de luz detector de luz lentes circuito lógico salida
Fuente de luz (LED)
Lentes
Salida Circuito lógico
Detector de luz
0159-PE-LT
Componentes básicos Fuente de luz
Figura 7.2: Diseño de un LED (diodo emisor de luz)
La mayoría de los sensores fotoeléctricos utilizan un diodo emisor de luz (LED) como fuente de luz. Los LED son semiconductores de estado sólido que emiten luz cuando se les aplica corriente y están diseñados para emitir longitudes de onda específicas, o colores, de luz. En la mayoría de los sensores fotoeléctricos se utilizan LED infrarrojos o rojos, verdes y azules visibles. El LED y sus correspondientes circuitos reciben, en conjunto, el nombre de emisor. Hilo de conexión de oro Anclaje de terminal
Encapsulado Chip de semiconductor LED
Base
0122-PE-LT
Cada color de LED ofrece características diferentes. Los infrarrojos son los más eficaces, ya que son los que más luz y menos calor generan y se utilizan en sensores en los que se necesita una salida de luz máxima para un rango de detección extenso.
7-2
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Diseño de los sensores fotoeléctricos/Componentes básicos
En muchas aplicaciones conviene tener un haz de luz visible para ayudar a configurar o confirmar la operación del sensor. El color rojo visible es el más eficaz para esto. Los LED rojos, azules y amarillos visibles se utilizan en aplicaciones en las que se deben detectar colores o contrastes específicos, y también se utilizan como indicadores de estado en sensores fotoeléctricos. En los últimos tiempos también se han empezado a utilizar diodos de láser como fuentes de luz fotoeléctricas, los cuales presentan las siguientes características: • • •
emisión de luz de longitud de onda (color) invariable diámetro de haz pequeño mayor alcance
Las fuentes de láser suelen costar más que las fuentes de luz LED. Además, el pequeño tamaño del haz de la luz emitida, si bien aumenta la posible distancia de detección máxima, puede quedar interrumpida más fácilmente por partículas que floten en el aire. Al instalar este sistema, es necesario seguir los procedimientos de seguridad estándar para evitar que el haz de láser quede indebidamente expuesto. Los LED son resistentes, confiables e ideales para los sensores fotoeléctricos. Operan con un amplio margen de temperatura y son muy resistentes a los daños provocados por choques y vibraciones.
Modulación de un LED Una de las mayores ventajas de los LED es su capacidad de encenderse y apagarse rápidamente. Esto permite controlar los pulsos o establecer la modulación de la fuente. La cantidad de luz generada por un LED se determina por la cantidad de corriente que conduce. Para aumentar el alcance de un sensor fotoeléctrico se debe aumentar la cantidad de corriente. Sin embargo, los LED también generan calor. Para ello, existe un límite máximo de calor que se puede generar antes de que un LED sufra dañados o se destruya. Los sensores fotoeléctricos conmutan o modulan rápidamente la corriente conducida por un LED. Un ciclo de trabajo suave o poco intenso (normalmente inferior al 5%) permite que la cantidad de corriente y, por tanto, la cantidad de luz emitida excedan con creces el límite permisible en una operación continua. Figura 7.3: Modulación
LED encendido LED apagado 0140-PE-LT
La tasa de modulación o frecuencia a menudo excede los 5kHz, una velocidad mucho mayor a la que puede detectar el ojo humano.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
7-3
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Diseño de los sensores fotoeléctricos/Componentes básicos
Detector de luz
Figura 7.4: Respuesta espectral
Componente que se utiliza para detectar la luz procedente de la fuente de luz. El detector de luz, compuesto por un fotodiodo o fototransistor, es un componente de estado sólido que proporciona un cambio en la corriente conducida dependiendo de la cantidad de luz detectada. Los detectores de luz son más sensibles a ciertas longitudes de onda de luz. La respuesta espectral de un detector de luz determina su sensibilidad a distintas longitudes de onda del espectro de luz. A menudo, para mejorar su eficacia de detección, el LED y el detector de luz están acoplados espectralmente. El detector de luz y sus correspondientes circuitos reciben, en conjunto, el nombre de receptor. Luz visible
Utravioleta
Infrarrojo LED infrarrojo (invisible)
Eficacia relativa
Fotodiodo
LED rojo visible
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
Longitud de onda en micrones El LED invisible (infrarrojo) está acoplado espectralmente con este fototransistor de silicio y posee una eficacia mucho mayor que el LED visible (rojo).
0126-PE-LT
Las superficies de la mayoría de los objetos tienen por lo menos un pequeño nivel de reflectividad. Por otro lado, las superficies opacas son desiguales y tienden a reflejar la luz en muchas direcciones, en tanto que las superficies lisas y pulidas tienden a dirigir la luz siempre en la misma dirección, provocando un efecto visual como el brillo de un espejo o deslumbramiento. Esto se conoce generalmente como reflejo especular. El ángulo del reflejo especular es el mismo que el ángulo de la luz de origen. La cantidad y tipo de reflectividad de los objetos es un elemento importante que se debe tener en cuenta. Más adelante trataremos este punto. Figura 7.5: Luz reflejada en una superficie opaca (desigual) y una superficie brillante (lisa)
Superficie opaca
Superficie brillante (reflejo de espejo) 0160-PE-LT
7-4
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Diseño de los sensores fotoeléctricos/Componentes básicos
En un sensor fotoeléctrico, el fotodetector puede recibir luz directamente desde la fuente o los reflejos. Figura 7.6: Detección directa y especular
Fuente
Fuente
etector
Detector
Directo
Reflejado 0161-PE-LT
Circuito lógico
El circuito lógico del sensor proporciona la electrónica necesaria para modular el LED, ampliar la señal del sensor y determinar si se debe activar la salida.
Dispositivo de salida
Una vez detectado el cambio de luz suficiente, el detector fotoeléctrico activa un dispositivo de salida. Existen muchos tipos de salidas discretas y analógicas, cada una con sus propias ventajas e inconvenientes (este tema se trata en la sección Salidas y cableado).
Circuito básico
Los detectores fotoeléctricos pueden encontrarse en paquetes separados para emisor y receptor, o en una sola unidad. En la Figura 7.7 el fotodiodo activa la salida cuando se detecta luz. Cuando un objeto interrumpe el haz entre el emisor y el receptor, la salida se desactiva.
Figura 7.7: Circuito básico de emisor y receptor
Fotodiodo
LED
Dispositivo de salida/lógico 0148-PE-LT
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
7-5
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Diseño de los sensores fotoeléctricos/Componentes básicos
En la Figura 7.8 el emisor, el receptor y el circuito lógico se incluyen en la misma carcasa. La salida se activa cuando la luz se refleja en un objeto y vuelve al receptor. Cuando el objeto está presente, la salida se activa. Si el emisor, el receptor y el circuito lógico están en el mismo paquete, es más fácil diseñar un control que limite las interferencias (detección de otras fuentes de luz modulada). Figura 7.8: Circuito básico independiente
0149-PE-LT
Detección sincrónica El receptor está diseñado para detectar pulsos de luz procedentes de un emisor de luz modulada. Para aumentar la precisión de la detección, el receptor y el emisor de luz están sincronizados. El receptor capta pulsos de luz idénticos a los pulsos generados por el emisor de la luz. La detección sincrónica ayuda a un sensor fotoeléctrico a ignorar pulsos de luz de otros sensores fotoeléctricos cercanos, o de otras fuentes de luz pulsada, como luces fluorescentes. Las luces fluorescentes, que utilizan reactores de alta frecuencia de tipo invertidor, requieren precauciones adicionales. La detección sincrónica es más común cuando la fuente de luz y el receptor están en la misma carcasa para todos los modos de detección, salvo la detección de haz transmitido. También es normal que los controles separados no puedan realizar una detección sincrónica.
7-6
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Diseño de los sensores fotoeléctricos/Componentes básicos
Lentes
Generalmente, los LED emiten luz y los fotodetectores son sensibles a la luz en una amplia zona. Para estrechar o definir esta zona se utilizan lentes con los LED y fotodetectores. A medida que se estrecha la zona, el alcance del LED o de los fotodetectores aumenta. En consecuencia, las lentes aumentan la distancia de detección de los sensores fotoeléctricos.
Figura 7.9: LED y fotodetector con y sin lentes
Contorno de radiación de un LED sin lente
LED con lente
Campo de visión del fotodetector sin lente
Fotodetector con lente 0123-PE-LT
El haz de luz de una combinación de LED y lente suele tener forma cónica. En la mayoría de los sensores, el área del cono aumenta con la distancia. Sin embargo, las fuentes de luz láser son estrechas y paralelas. El láser tiende a desviarse ligeramente cuando está cerca de su distancia de detección máxima.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
7-7
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Margen de detección/Campo de visión
Margen de detección Campo de visión Algunos sensores fotoeléctricos están optimizados para distancias de detección mayores. El campo de visión de estos sensores es bastante estrecho; sin embargo, la alineación puede ser difícil si el campo de visión es demasiado estrecho. Otros sensores fotoeléctricos están diseñados para la detección de objetos dentro de una zona ancha. Estos sensores tienen un campo de visión más ancho, pero un alcance general más reducido. Figura 7.10: Campo de visión frente a distancia de detección relativa
60˚ 20˚
7,5˚
17,8cm 7"
50,8cm 20"
10,2cm 4"
3˚
5˚
17,8cm 7"
16,5cm 6,5"
0,38m (15") 0,46m (18") 0,76m (30") 2,13m (7') 4,57m (15') 0147-PE-LT
El campo de visión es como una manguera de jardín con una boquilla al final. Cuando se ajusta el chorro, se logra un alcance mayor mediante un chorro/haz fino. Cuando el chorro/haz se hace más ancho, la distancia máxima disminuye. El campo de visión típico va de 1,5° a 7° para distancias máximas y facilidad de alineación. Los sensores con haces de más de 40° se llaman “de gran angular”. Los sensores con haces que convergen se suelen llamar “de foco fijo”. El punto luminoso para un sensor con un campo de visión de 1,5° es de entre 7,6 cm (3 pulgadas) a 3,05 m (10 pies), lo cual dificulta mucho la alineación. Un sensor con un campo de visión de 3° tiene un punto luminoso de entre 15,2 cm (6 pulgadas) a 3,05 m (10 pies), lo cual hace más fácil la alineación. Figura 7.11: Campo de visión frente a facilidad de alineación
Reflector
7,6cm (3")
1,5° 3,05m (10')
Reflector
1,5°
3˚
7,6cm (3")
15,2cm (6")
3,05m (10') 0158-PE-LT
7-8
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Margen de detección/Distancia máxima de detección
Contorno del haz
La mayoría de los sensores no tienen un campo de visión perfecto debido a diversas características ópticas. Por ello, la operación general de un sensor se puede definir con mayor exactitud mediante un diagrama del contorno del haz.
Figura 7.12: Contorno del haz Diámetro del haz (mm)
20
10
0
-10
-20 0
1m 2m 3m (3,26 pies) (6,56 pies) (9,8 pies) Distancia 0166-PE-LT
Este contorno del haz indica que se puede detectar un objeto reflectivo dentro de la zona mostrada (área cónica de 360°). Todo objeto que esté fuera de esta zona será ignorado. Debe tenerse en cuenta que los ejes horizontal y vertical pueden tener escalas diferentes. Aunque se puede utilizar la especificación del campo de visión para calcular el desempeño del sensor, los diagramas de contorno son más precisos y, si se puede disponer de ellos, es lo que se debe utilizar. Todos los diagramas de contorno se generan en condiciones limpias de detección con una alineación óptima. El contorno del haz representa la zona de detección típica más grande y no debe considerarse como exacta. El polvo, la contaminación y la niebla reducen la zona de detección y el margen de operación del sensor.
Haz efectivo
El haz efectivo de un sensor fotoeléctrico corresponde a la luz que sale del lente emisor y llega al lente receptor. Tanto el tamaño como la forma del haz efectivo se ven afectados por el modo de detección.
Distancia máxima de detección Esta especificación se refiere a la distancia de detección: • • •
desde el sensor al reflector en sensores retrorreflectivos y sensores retrorreflectivos polarizados desde el sensor al objeto normal en todo tipo de sensores de detección difusa desde la fuente de luz al receptor en sensores de haz transmitido
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
7-9
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Margen de detección/Distancia mínima de detección
La mayoría de los ambientes industriales crean contaminación en los lentes del sensor, los reflectores y los objetos. Estos ambientes también pueden generan agentes contaminantes en suspensión como vapor, partículas flotantes o aerosoles. En estos casos, los sensores se deben aplicar a distancias más cortas para aumentar el margen de operación hasta un valor aceptable y mejorar así la precisión. La distancia de detección viene garantizada por el fabricante; por ello, las distancias para muchos sensores fotoeléctricos son bastante conservadoras. De hecho, la verdadera distancia de detección disponible puede superar esta especificación.
Distancia mínima de detección Muchos sensores retrorreflectivos, retrorreflectivos polarizados y de detección difusa tienen una pequeña zona “ciega” cerca del sensor. Los reflectores, las cintas reflectantes, o los objetos difusos deben situarse fuera de la distancia de detección mínima para que la lectura sea precisa. Figura 7.13: Distancia de detección
60˚ 20˚
50,8cm 20"
7,5˚
17,8cm 7"
10,2cm 4"
5˚ 16,5cm 6,5"
3˚
17,8cm 7"
0,38m (15") 0,46m (18") 0,76m (30") 2,13m (7') 4,57m (15') 0147-PE-LT
Margen El margen (también llamado margen de operación, ganancia excesiva) es un concepto importante que se debe comprender al aplicar sensores fotoeléctricos. El mantenimiento necesario para una aplicación de detección fotoeléctrica se puede minimizar si se obtienen los mejores niveles de margen para dicha aplicación. El margen corresponde a una medida de la cantidad de luz procedente de la fuente de luz que es detectada por el receptor. El margen se explica mejor con los siguientes ejemplos: • •
•
7-10
Un margen de "0" se produce cuando el detector de luz no puede detectar la luz emitida por la fuente de luz. Un margen de "1" se obtiene cuando se detecta la luz suficiente para conmutar el dispositivo de salida (de apagado a encendido o de encendido a apagado). Un margen de "20" se obtiene cuando se detecta 20 veces el nivel mínimo de luz necesario para conmutar el estado del dispositivo de salida.
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Margen de detección/Margen
El margen se define como: Cantidad real de luz detectada Cantidad mínima necesaria para cambiar el estado del dispositivo de salida y normalmente se expresa como una proporción o un número entero seguido de una “X.” Un margen de "6" se puede expresar como 6:1 o como 6X.
Figura 7.14: Curva de respuesta típica de un sensor difuso: mm (pulgadas)
Margen de operación
En los catálogos de la mayoría de los sensores se incluyen una curva que muestra cuál es el margen típico dependiendo de la distancia de detección. Por lo genera, se recomienda un margen de por lo menos 2X para los ambientes industriales. En ambientes muy contaminados es mejor un margen de operación de 10X, o más. 100 8 4 2 Distancia de operación nominal 0,75m (2,46 pies)
10 8 4 2 1 0.1 (0,003)
10 (0,39)
30 (1,18)
100 (3,94)
500 1000 2000 3000 (19,7) (39,4) (78,7) (118)
Distancia de operación a papel blanco 0135-PE-LT
El margen máximo de detección de este sensor es de 1 m (39,4 pulgadas) hasta un objeto estándar. Se puede obtener un margen de 4X a aproximadamente la mitad de esa distancia, vale decir 500 mm (19,7 pulgadas).
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
7-11
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Margen de detección/Tiempo de respuesta
Histéresis Los sensores fotoeléctricos cuentan con histéresis (o diferencial). La histéresis de un sensor fotoeléctrico es la diferencia entre la distancia a la que se puede detectar el objeto mientras se mueve hacia el sensor y la distancia a la que se tiene que alejar del sensor para dejar de ser detectado. Cuando el objeto se acerca al sensor, se lo detecta a una distancia X. Cuando se aleja, se lo sigue detectando hasta que llega a la distancia Y. Figura 7.15: Histéresis Objeto Punto de operación Distancia x
Distancia de recorrido
Punto final de la detección Distancia y Distancia "y" - Distancia "x"
= % diferencial
Distancia "x" 0138-PE-LT
La elevada histéresis de la mayoría de los sensores fotoeléctricos es útil para detectar grandes objetos opacos en aplicaciones retrorreflectivas, retrorreflectivas polarizadas y de haz transmitido. La histéresis elevada no suele verse afectada por la colocación del objeto dentro del haz efectivo. En las aplicaciones difusas, una gran diferencia en la luz reflejada del objeto y el fondo también permite el uso de sensores de histéresis elevada. La histéresis reducida requiere cambios menores en el nivel de luz. Algunos sensores fotoeléctricos están diseñados para poder seleccionar una histéresis baja. Los sensores de histéresis baja se utilizan sobre todo para detectar objetos transparentes, marcas de registro de bajo contraste y objetos que no interrumpen todo el haz efectivo.
Tiempo de respuesta El tiempo de respuesta de un sensor corresponde al tiempo que transcurre entre la detección de un objeto y el cambio de estado del dispositivo de salida de encendido a apagado o de apagado a encendido. También representa el tiempo que tarda el dispositivo de salida en cambiar de estado cuando el sensor ya no detecta el objeto. Para la mayoría de los sensores, el tiempo de respuesta corresponde a una sola especificación para el tiempo de encendido y de apagado.
7-12
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Margen de detección/Operación por luz/oscuridad
Los tiempos de respuesta dependen del diseño del sensor y del dispositivo de salida. Los sensores más lentos normalmente ofrecen un mayor margen de detección, en tanto que los sensores rápidos suelen tener un margen más corto. El tiempo de respuesta de los sensores fotoeléctricos varía de 30 µs a 30 ms. El tiempo de respuesta de un sensor se debe tener en cuenta cuando se trata de la velocidad a la que un objeto pasa a través del haz efectivo. Un movimiento muy rápido de la máquina o del objeto puede hacer que un sensor no responda a la velocidad suficiente para activar la salida.
Operación por luz/oscuridad Los términos de operación por luz y operación por oscuridad se utilizan para describir la acción de la salida de un sensor cuando un objeto está presente o no. La salida de operación por luz está encendida (activada, nivel lógico uno) cuando el receptor “ve” suficiente luz proveniente de la fuente de luz. En el caso de la detección de haz transmitido y retrorreflectiva, la salida de operación por luz está encendida cuando no hay ningún objeto y la luz puede desplazarse desde la fuente de luz hasta el receptor. En el caso de la detección difusa (de todos los tipos), la salida está encendida cuando el objeto está presente y refleja luz desde la fuente de luz hasta el receptor. Figura 7.16: Operación por luz
0148c-PE-LT
La salida de operación por oscuridad está encendida (activada, nivel lógico "1") cuando el receptor no “ve” la luz de la fuente de luz. En el caso de la detección de haz transmitido y retrorreflectiva, la salida de operación por oscuridad está encendida cuando el objeto está presente y la luz de la fuente de luz está bloqueada y no llega al receptor. En el caso de la detección difusa (de todos los tipos), la salida de operación por oscuridad está encendida cuando no hay ningún objeto. Figura 7.17: Operación por oscuridad Fotodiodo
LED
Dispositivo de salida/lógico 0148b-PE-LT
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
7-13
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Modos de detección/Operación por luz/oscuridad
Modos de detección Una parte importante de cualquier aplicación de detección corresponde a la selección del mejor modo de detección. Existen tres modos básicos para los sensores fotoeléctricos: haz transmitido, retrorreflectivo y difuso. Cada modo de detección tiene ventajas e inconvenientes que se deben tener en cuenta. El mejor modo de detección es aquél que ofrece la mayor precisión para cada aplicación. Dicha precisión se calcula en base a la capacidad del sensor de proporcionar la mayor diferencia en cuanto a la señal de detección entre el momento en que el objeto está presente hasta cuando desaparece, manteniendo al mismo tiempo un margen extra suficiente para superar cómodamente cualquier contaminante o factor ambiental que exista en la zona de detección.
7-14
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Modos de detección/Operación por luz/oscuridad
.
Tabla 7.1: Modo de detección Haz transmitido
Ventajas e inconvenientes de los modos de detección fotoeléctrica Aplicaciones
Ventajas
Inconvenientes
Detección con fines generales
• Elevado margen para ambientes contaminados • Mayor distancia de detección • No se ve afectado por reflejos de segunda superficie • Probablemente el más confiable al usar objetos muy reflectivos
• Más caro porque se necesita que la fuente de luz y el receptor estén separados; además el cableado es más caro • La alineación es importante • No se detectan objetos transparentes
Conteo de piezas
Retrorreflectivo
Detección con fines generales
• Distancia de detección moderada • Menos caro que el haz transmitido porque el cableado es más sencillo • Fácil alineación
• Distancia de detección más corta que con el haz transmitido • Menos margen que el haz transmitido • Detecta reflejos de objetos brillantes (para evitarlo, use el retrorreflectivo polarizado)
Retrorreflectivo polarizado
Detección con fines generales para objetos brillantes
• Ignora los reflejos de primera superficie • Utiliza un haz rojo visible para facilitar la alineación
• Distancia de detección más corta que el retrorreflectivo normal • Puede ver los reflejos de una segunda superficie
Difuso normal
Aplicaciones en las que no se puede acceder a ambos lados del objeto
• No es necesario acceder a ambos lados del objeto • No es necesario un reflector • Fácil de alinear
• Difícil de aplicar si el fondo que hay detrás del objeto es suficientemente reflectivo y está cerca del objeto
Difuso de corte abrupto
Detección a corta distancia de objetos con la necesidad de ignorar fondos cercanos
• No es necesario acceder a ambos lados del objeto • Ofrece protección contra la detección de fondos cercanos • Detecta objetos independientemente del color dentro de la distancia especificada
• Sólo es útil para detección a muy corta distancia
Difuso con supresión de fondo
Detección con fines generales
• No es necesario acceder a ambos lados del objeto • Ignora el fondo situado más allá de la distancia de detección nominal independientemente de su reflectividad • Detecta objetos a la distancia especificada independientemente del color
• Más caro que otros tipos de sensores difusos • Distancia de detección máxima limitada
Difuso de foco fijo
Detección de objetos pequeños
• Detección exacta de objetos pequeños en una posición específica
• Distancia de detección muy corta • No es adecuado para detección con fines generales • El objeto debe estar colocado con precisión
• Ignora los reflejos del fondo • Detecta objetos que no están colocados con precisión • No es necesario un reflector
• Distancia de detección corta
• Cables de fibra óptica de vidrio disponibles para aplicaciones con elevadas temperaturas ambientales • Resistente a choques y vibraciones • Se pueden utilizar cables de fibra óptica de plástico en zonas en las que se necesita un movimiento continuo • Se inserta en un espacio limitado • Inmunidad al ruido • Se puede colocar en zonas corrosivas
• Más caro que los sensores de lentes • Distancia de detección corta
Zonas en las que se necesita ignorar fondos cercanos al objeto
Detección de objetos a una distancia específica del sensor Detección de marcas de color Difuso gran angular
Detección de objetos que no estén colocados con precisión Detección de fibras muy finas en una zona extensa
Fibras ópticas
Permite la detección fotoeléctrica en zonas en las que no se puede montar un sensor por problemas de tamaño o ambiente
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
7-15
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Detección de haz transmitido/Cómo obtener un haz efectivo óptimo
Detección de haz transmitido En este modo de detección, la fuente de luz (emisor) y el receptor se encuentran en carcasas distintas. Las dos unidades se colocan una frente a la otra de manera que la luz del emisor ilumine directamente al receptor. Para detectar el objeto, el haz que se extiende entre la fuente de luz y el receptor no puede verse interrumpido. Figura 7.18: Detección de haz transmitido
F
R
F
R
Los sensores de haz transmitido proporcionan las distancias de detección más largas y el mayor nivel de margen de operación. Por ejemplo, algunos sensores pueden detectar objetos a distancias de hasta 274 m (900 pies). Los márgenes de aplicación de haz transmitido pueden ser de más de 10,000X a distancias de menos de 10 m (31 pies). Por esta razón, el haz transmitido es la mejor opción para ambientes industriales muy sucios o polvorientos. Algunos sensores fotoeléctricos ofrecen un margen de 300X a una distancia de detección de 3 m (9.8 pies). A esta distancia, los sensores continúan operando incluso si prácticamente toda el área comprendida por el lente del emisor y el receptor esté cubierta por agentes contaminantes.
Cómo obtener un haz efectivo óptimo El haz efectivo de un sensor de haz transmitido es equivalente al diámetro del lente del emisor y el receptor. La detección exacta se logra cuando el objeto es opaco e interrumpe al menos el 50% del haz efectivo. Figura 7.19: Haz efectivo
Campo de visión
Campo de visión
Haz efectivo 0127-PE-LT
Nota: El valor correspondiente al 50% que hemos utilizado es sólo un ejemplo. El porcentaje del haz que debe quedar interrumpido para activar la salida lo determina la sensibilidad y la histéresis del sensor.
7-16
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Detección de haz transmitido/Alineación del sensor
La detección de objetos menores que el 50% del haz se logra reduciendo el diámetro del haz con aberturas situadas en la parte frontal del emisor, el receptor, o ambos. Figura 7.20: Haz efectivo con aberturas
Apertura
Campo de visión
Campo de visión
Haz efectivo reducido 0127-PE-LT
Las aplicaciones más confiables de haz transmitido tienen un margen muy elevado cuando el objeto está ausente y un margen de cero (o cercano a cero) cuando el objeto está presente.
Alineación del sensor La alineación del sensor se consigue mediante los siguientes pasos: 1. Apunte el receptor a la fuente de luz. 2. Desplace despacio el sensor hacia la izquierda hasta que la fuente de luz ya no se detecte. 3. Tome nota de esta posición, desplace el sensor despacio hacia la derecha y tome nota de cuándo deja de detectarse el reflector. 4. Centre el receptor entre estas dos posiciones y luego desplácelo hacia arriba y hacia abajo para centrarlo verticalmente. Figura 7.21: Alineación de un sensor de haz transmitido
Arriba Receptor Derecha
Emisor
Izquierda Abajo 0141-PE-LT
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
7-17
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Detección de haz transmitido/Contorno del haz
Contorno del haz El contorno del haz de un sensor de haz transmitido representa el límite dentro del cual el receptor capta eficazmente la señal del emisor, suponiendo que la alineación angular sea correcta. La alineación angular incorrecta entre el emisor y el receptor disminuirá el tamaño de la zona de detección. Los contornos para los sensores de haz transmitido sirven para determinar el espacio mínimo necesario entre pares adyacentes de sensores de haz transmitido, lo cual evita un cruce óptico entre un par de sensores y el siguiente.
7-18
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Ventajas y desventajas de la detección de haz transmitido/Ventajas
Ventajas y desventajas de la detección de haz transmitido Ventajas Las ventajas de la detección de haz transmitido son: 1.
Por norma general, siempre es mejor utilizar sensores fotoeléctricos de haz transmitido. Mientras el objeto que se debe detectar bloquee por completo el haz de luz frontal, el uso de sensores fotoeléctricos de haz transmitido siempre dará como resultado la detección fotoeléctrica más confiable. (Un sensor de proximidad inductivo es la primera opción para detectar objetos de metal que pasen lo suficientemente cerca del sensor como para producir una detección exacta.)
2.
A causa del haz efectivo claramente definido, los sensores de haz transmitido suelen ser los más confiables para el conteo exacto de piezas.
3.
El uso de sensores de haz transmitido elimina la variable del color o la reflectividad de la superficie.
4.
Los sensores de haz transmitido ofrecen el margen más alto.
5.
Dada su capacidad de detectar a través de suciedad acumulada, polvo, bruma, condensación, aceite y películas de material, los sensores de haz transmitido son más confiables antes de que haga falta limpiarlos y, por ello, tienen un bajo costo de mantenimiento.
6.
Pueden detectar piezas pequeñas o posiciones precisas (utilizando pequeñas aberturas o fibras ópticas).
7.
Detectan líquidos o sólidos opacos dentro de contenedores translúcidos o transparentes. A veces se pueden utilizar los sensores de haz transmitido para “atravesar” cajas o contenedores de paredes delgadas para detectar la presencia, ausencia o nivel del producto que hay en su interior.
8.
Se puede colocar un par de sensores de haz transmitido para que converjan mecánicamente en un punto situado por delante del sensor. Este tipo de configuración suele dar una mayor profundidad de campo que los sensores difusos de corte abrupto (haz convergente). Se pueden configurar pares de emisores y receptores de alta potencia para la detección mecánica de corte abrupto de largo alcance.
9.
Al usar un emisor y receptor mecánicamente convergentes, se puede detectar la diferencia entre una superficie brillante y una opaca basándose en el reflejo especular. La superficie brillante devuelve la luz emitida a un receptor si las dos unidades están montadas en ángulos iguales y opuestos al eje perpendicular de la superficie brillante. Esta luz es difundida por cualquier superficie no reflectiva que tape o sustituya a la superficie brillante. Como ejemplo podemos citar la detección de la presencia de tela (superficie opaca) en una máquina de coser (superficie brillante). El reflejo especular se utiliza también para monitorear o inspeccionar la orientación o la calidad de la superficie de una pieza brillante.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
7-19
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Ventajas y desventajas de la detección de haz transmitido/Desventajas
Figura 7.22: Reflejo especular
Superficie opaca
Superficie brillante
Desventajas Los inconvenientes de los sensores de haz transmitido son: 1. Cuando se utilizan a corta distancia, algunos pares de haz transmitido tienen tanto margen que tienden a ver a través de materiales opacos delgados (papel, tela, plásticos) y resulta difícil establecer un punto de operación de control de sensibilidad debido al exceso de margen. Para corregir este problema, es posible que haya que atenuar mecánicamente la señal añadiendo aberturas sobre los lentes. 2. Las piezas muy pequeñas que no alcanzan a interrumpir el 50% del haz efectivo pueden ser difíciles de detectar con exactitud. Se pueden utilizar aberturas, lentes o fibras ópticas para definir el haz efectivo con una mayor precisión y obtener así una detección más confiable. Nota: El uso de aberturas reduce el margen de un sensor. La alineación resulta más difícil. 3. Es posible que la detección de haz transmitido no sea la adecuada para detectar objetos translúcidos o transparentes. Los elevados niveles de margen permiten al sensor “ver a través” de estos objetos. Aunque con frecuencia es posible reducir la sensibilidad del receptor, es mejor utilizar sensores diseñados para detectar objetos transparentes, como sensores fotoeléctricos o sensores ultrasónicos.
7-20
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Aplicaciones típicas para detección de haz transmitido/Desventajas
Aplicaciones típicas para detección de haz transmitido Ejemplo 7.1: Detección de doble hoja
Alarma
Amplificador
0145-PE-LA
Ejemplo 7.2: Detección de flancos o bordes mecánicamente convergentes
Circuito de control del cliente
Objeto con posición de flanco para controlar 0054-PS6-LA
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
7-21
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Sensores retrorreflectivos y retrorreflectivos polarizados/Sensores retrorreflectivos
Sensores retrorreflectivos y retrorreflectivos polarizados Los modos de detección más comunes son el retrorreflectivo y el retrorreflectivo polarizado. Un sensor retrorreflectivo tiene el emisor y el receptor en una sola carcasa. El haz de luz del emisor rebota en un reflector (o material reflectivo especial) y es detectado por el receptor. El objeto es detectado cuando interrumpe este haz de luz.
Sensores retrorreflectivos Figura 7.23: Detección retrorreflectiva
F R
F R
0163-PE-LT
Para la detección retrorreflectiva se utilizan reflectores especiales o cintas reflectantes. Al contrario que los espejos u otras superficies reflectivas planas, estos materiales reflectivos no tienen que estar perfectamente alineados en perpendicular con el sensor. Es normal que una alineación incorrecta de un reflector o una cinta reflectante de hasta 15º no reduzca de manera significativa el margen de un sensor. Figura 7.24: Materiales retrorreflectivos
Espejo
Reflectores de elementos en vértice cúbico
Reflector o cinta reflectante
Reflectores de gota de vidrio 0124-PE-LT
7-22
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Sensores retrorreflectivos y retrorreflectivos polarizados/Sensores retrorreflectivos polarizados
Existe una amplia gama de reflectores. La distancia de detección máxima disponible con un sensor retrorreflectivo depende en parte del tamaño y de la eficacia del reflector. Estos materiales se clasifican conforme a un índice reflectivo. (Consulte el catálogo o la documentación del fabricante para determinar la clasificación adecuada.) Para obtener la detección más exacta, se recomienda utilizar el reflector más grande disponible. Los sensores retrorreflectivos son más fáciles de instalar que los sensores de haz transmitido ya que sólo se instala y cablea una carcasa. Los márgenes, cuando el objeto está ausente, suelen ser de 10 a 1,000 veces inferiores a la detección de haz transmitido, lo cual hace que la detección retrorreflectiva sea menos conveniente en ambientes muy contaminados. Se deben tomar precauciones al utilizar sensores retrorreflectivos normales en aplicaciones en las que hay que detectar objetos brillantes o muy reflectivos. Es posible que se detecten los reflejos del propio objeto. Es posible orientar el sensor y el reflector o cinta reflectante de manera tal que el objeto brillante refleje la luz alejándola del receptor; sin embargo, en la mayoría de las aplicaciones con objetos brillantes, la detección retrorreflectiva polarizada representa la solución más adecuada.
Sensores retrorreflectivos polarizados Los sensores retrorreflectivos polarizados contienen filtros polarizantes delante del emisor y del receptor que orientan la luz a un solo plano. Estos filtros están colocados en perpendicular o con un desfase de 90º entre sí. Figura 7.25: Detección retrorreflectiva polarizada
0156-PE-LT
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
7-23
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Sensores retrorreflectivos y retrorreflectivos polarizados/Alineación del sensor
El haz de luz se polariza cuando pasa por el filtro. Cuando la luz polarizada se refleja en un objeto, sigue permaneciendo polarizada y cuando se refleja en un reflector despolarizante, se despolariza. El receptor sólo puede detectar la luz reflejada que se haya despolarizado. Por ello, el receptor no ve (no recibe) la luz de objetos reflectivos que no hayan despolarizado la luz. El sensor “ve” el reflejo de un reflector y no “ve” el reflejo de la mayoría de los objetos brillantes. Todos los reflectores normales despolarizan la luz por lo que son adecuados para la detección retrorreflectiva polarizada; sin embargo, la mayoría de las cintas reflectantes no despolarizan la luz y sólo son adecuadas para sensores retrorreflectivos normales. Existen cintas reflectantes especiales para la detección retrorreflectiva polarizada. Busque aquéllas que lleven la marca especial que las identifica como adecuadas para sensores retrorreflectivos polarizados. Tenga precaución al usar sensores retrorreflectivos polarizados en aplicaciones en las que se utiliza una envoltura elástica. Los sensores polarizados sólo ignoran los reflejos de la “primera superficie” procedentes de una superficie reflectiva expuesta. La luz polarizada se despolariza cuando pasa a través de la mayoría de películas de plástico o envolturas elásticas; por lo tanto, un objeto brillante puede crear reflejos cuando está envuelto en una película de plástico transparente y dichos reflejos pueden ser detectados por el receptor. En este caso, el objeto brillante se convierte en la “segunda superficie” detrás de la envoltura de plástico. Para este tipo de aplicaciones existen otros modos o sistemas de detección más adecuados.
Alineación del sensor La alineación del sensor se consigue mediante los siguientes pasos: 1.
Apunte el sensor al reflector (o cinta reflectante).
2.
Desplace despacio el sensor hacia la izquierda hasta que ya no se detecte el reflector.
3.
Tome nota de esta posición, mueva despacio el sensor hacia la derecha y tome nota del punto cuando el reflector deja de detectarse.
4.
Centre el sensor entre estas dos posiciones y luego desplácelo hacia arriba y hacia abajo para centrarlo verticalmente.
Figura 7.26: Alineación del haz efectivo retrorreflectivo o retrorreflectivo polarizado
Arriba Derecha Objeto retrorreflector
Luz emitida
Izquierda Abajo
Luz recibida
0142-PE-LT
7-24
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Sensores retrorreflectivos y retrorreflectivos polarizados/Contorno del haz
Contorno del haz El contorno del haz de los sensores retrorreflectivos y retrorreflectivos polarizados corresponde a los límites dentro de los cuales responderá el sensor cuando un objeto retrorreflectivo pase ante el dispositivo óptico. El objeto retrorreflectivo se coloca en perpendicular con respecto al eje óptico del sensor mientras se traza el diámetro del haz. Por lo general, para crear contornos retrorreflectivos se utiliza un objeto retrorreflectivo de 76 mm (3 pulgadas) de diámetro, a menos que se especifique otra cosa. Para una mejor operación, el objeto que se debe detectar tiene que tener un tamaño igual o mayor que el diámetro del haz indicado en el contorno del haz. En el caso de objetos pequeños, es necesario utilizar un objeto retrorreflectivo aún más pequeño para que la detección sea exacta.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
7-25
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Ventajas y desventajas de los sensores retrorreflectivos y retrorreflectivos polarizados/Ventajas
Ventajas y desventajas de los sensores retrorreflectivos y retrorreflectivos polarizados Ventajas Las ventajas de los sensores retrorreflectivos son: 1. Por lo general, cuando el cableado del sensor sólo se puede realizar desde un lado, se utiliza un sensor retrorreflectivo o retrorreflectivo polarizado en lugar de un sensor de haz transmitido siempre y cuando se pueda montar un reflector en el lado contrario. 2. Siempre se debe optar por un sensor retrorreflectivo polarizado en lugar de un sensor retrorreflectivo para lograr la mayor exactitud. 3. Los sensores retrorreflectivos polarizados evitan la detección de objetos brillantes. La detección retrorreflectiva polarizada es el tipo de detección más usado en cintas transportadoras, donde los objetos son grandes (cajas, cartones, piezas manufacturadas), el ambiente es relativamente limpio y los márgenes de detección son de 0,6 m a 4,5 m (2 a 15 pies).
Desventajas Los inconvenientes de los sensores retrorreflectivos y retrorreflectivos polarizados son: 1. Los sensores retrorreflectivos tienen una distancia de detección más corta que los de haz transmitido. 2. Los sensores retrorreflectivos polarizados tienen una distancia de detección de un 30% y un 40% más corta (y menos margen) que los sensores retrorreflectivos normales. En lugar de usar LED infrarrojos, los sensores retrorreflectivos polarizados deben utilizar un emisor visible menos eficaz (normalmente un LED rojo visible). Los filtros polarizantes causan pérdidas de luz adicionales. 3. Evite utilizar sensores retrorreflectivos y retrorreflectivos polarizados para el control de posiciones precisas o la detección de piezas pequeñas ya que generalmente resulta difícil crear un haz efectivo pequeño. El haz se puede disminuir utilizando aberturas en caso de ser necesario. 4. La mayoría de los sensores retrorreflectivos y retrorreflectivos polarizados están optimizados para la detección a larga distancia y tienen una zona ciega a distancias más cortas (normalmente a 25-150 mm (1-6 pulgadas) de la cara del sensor).
7-26
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Ventajas y desventajas de los sensores retrorreflectivos y retrorreflectivos polarizados/Desventajas
Figura 7.27: Detección retrorreflectiva en la que se indica el punto ciego Fuente de luz
Receptor
Zona ciega 0133-PE-LT
5.
La eficacia de los distintos materiales reflectivos varía mucho. Consulte el índice de reflectividad de estos materiales entregado por el fabricante.
6. Los sensores retrorreflectivos y retrorreflectivos polarizados no detectan eficazmente reflejos de la segunda superficie. 7. Evite usar estos sensores en materiales translúcidos o transparentes. Utilice sensores polarizados diseñados especialmente para objetos transparentes.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
7-27
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Aplicación típica de los sensores retrorreflectivos y retrorreflectivos polarizados/Desventajas
Aplicación típica de los sensores retrorreflectivos y retrorreflectivos polarizados Ejemplo 7.1: Detección de residuos en rodillos
Reflector
0182-PE-LT
7-28
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Sensores difusos/Desventajas
Sensores difusos La detección retrorreflectiva y la detección de haz transmitido crean un haz de luz entre el emisor y el receptor, o entre el sensor y el reflector. En este caso es necesario poder acceder a ambos lados del objeto. A veces es difícil, o incluso imposible, acceder a ambos lados de un objeto. En estas aplicaciones, es necesario detectar un reflejo que proceda directamente del objeto. La superficie del objeto esparce la luz en todas direcciones y sólo una pequeña parte se refleja hacia el receptor. Este modo de detección se llama detección difusa. Figura 7.28: Detección difusa F R
F R
0164-PE-LT
El propósito de la detección difusa es lograr un margen relativamente alto al detectar el objeto. Cuando el objeto no está presente, los reflejos de cualquier fondo deben representar un margen lo más cercano a cero. La reflectividad del objeto y la del fondo pueden variar mucho. Este problema es muy importante al emplear la detección difusa. •
•
Las superficies relativamente brillantes pueden reflejar la mayor parte de la luz alejándola del receptor, lo cual dificulta mucho la detección. La cara del sensor debe estar perpendicular a este tipo de superficies de objetos. Los objetos muy oscuros y opacos pueden absorber la mayor parte de la luz y reflejar muy poca para la detección. Estos objetos pueden resultar difíciles de detectar a menos que el sensor se coloque muy cerca.
La distancia de detección máxima específica de un sensor fotoeléctrico se determina utilizando un objeto estandarizado. Muchos fabricantes utilizan una hoja de papel blanco de 216 mm x 292 mm (8,5 x 11 pulgadas) diseñada especialmente para que tenga una reflectividad del 90%. Esto quiere decir que el papel reflejará el 90% de la energía luminosa procedente de la fuente de luz.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
7-29
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Sensores difusos/Sensores difusos de corte abrupto
Los objetos difusos reales a menudo son bastante menos reflectivos, como se muestra en la siguiente tabla. Tabla 7.2:
Reflectividad relativa típica de objetos de muestra Objeto
Reflectividad relativa típica
Cinta retrorreflectiva
2000
Aluminio pulido (perpendicular)
500
Papel blanco (referencia)
100
Papel blanco de escribir
90
Cartón
40
Caja de embalaje (caja de cereales)
30
Madera cortada
20
Papel negro
10
Neopreno
5
Caucho de neumáticos
4
Fieltro negro
2
La detección de objetos colocados cerca de fondos reflectivos puede ser especialmente difícil; incluso puede ser imposible ajustar un sensor difuso normal para obtener un margen suficiente del objeto sin detectar o estar a punto de detectar el fondo. En estos casos, pueden ser más adecuados otros tipos de detección difusa. Hay diversos tipos de detección difusa. La más sencilla es la difusa normal, si bien existen otros tipos como difusa de corte abrupto, difusa con supresión de fondo, difusa de foco fijo y difusa gran angular.
Sensores difusos de corte abrupto Los sensores difusos de corte abrupto están diseñados para que el haz de luz del emisor y la zona de detección del receptor se dirijan el uno hacia el otro. Por lo tanto, estos sensores son más sensibles a corta distancia y menos sensibles a una mayor distancia. De esta forma, se puede lograr una detección más exacta de objetos que estén colocados cerca de fondos reflectivos. Este modo de detección es mejor que la detección difusa normal cuando hay un fondo reflectivo; sin embargo, se podría detectar un fondo que sea muy reflectivo.
7-30
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Sensores difusos/Sensores difusos con supresión de fondo
Sensores difusos con supresión de fondo Para las aplicaciones más difíciles, los sensores difusos con supresión de fondo pueden ofrecer una solución aún mejor que los sensores difusos normales o los de corte abrupto. La supresión del fondo le permite al sensor ignorar un fondo muy reflectivo situado casi directamente detrás de un objeto oscuro y menos reflectivo. Es el modo ideal de detección difusa para muchas aplicaciones; sin embargo, los sensores con supresión de fondo son más complejos y, por ello, más caros que otros modelos de detección difusa. Los sensores con supresión de fondo emplean sofisticados dispositivos electrónicos y ópticos para detectar el objeto y el fondo, en lugar de ignorar el fondo que hay detrás de un objeto. Las dos señales se comparan y la salida cambia de estado al detectar el objeto o el fondo. Figura 7.29: Contorno del haz efectivo en sensores difusos con supresión de fondo
R1 R2
R1 R2 0165-PE-LT
Si el objeto está situado entre el plano focal y el receptor, el haz llega al receptor R1. Si el objeto se sale del plano focal, el haz llega al receptor R2 y la señal de R2 se suprime electrónicamente.
Sensores difusos de foco fijo En un sensor de foco fijo, el haz de la fuente de luz y la zona de detección del receptor se enfocan en un punto muy estrecho (punto focal) a una distancia fija delante del sensor. El sensor es muy sensible en este punto y mucho menos sensible antes y después de este punto focal.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
7-31
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Sensores difusos/Sensores difusos gran angular
Son tres las aplicaciones principales para los sensores de foco fijo: • •
•
Detección precisa de objetos pequeños. Como el sensor es muy sensible en el punto focal, resulta fácil detectar un objeto pequeño. Detección de objetos a una distancia fija. Dado que un sensor de foco fijo es muy sensible en el punto focal, se puede utilizar en algunas aplicaciones para detectar un objeto en el punto focal e ignorarlo cuando esté delante o detrás del punto focal. Detección de marcas de impresión de color (detección de marcas de registro de color). En algunas aplicaciones es importante detectar la presencia de una marca de impresión en, digamos, una red continua de material de envolver. Para lograr una sensibilidad máxima, se puede seleccionar un sensor de foco fijo con un color visible específico para la fuente de luz (normalmente rojo, verde o azul).
Figura 7.30: Contorno del haz efectivo en sensores difusos de foco fijo Punto focal 0154-PE-LT
Sensores difusos gran angular Los sensores difusos gran angular proyectan la fuente de luz y la zona de detección sobre una amplia zona. Las aplicaciones típicas de los sensores gran angular son: Detección de fibras. Un sensor difuso gran angular puede detectar la presencia de fibras sumamente finas de hilo u otro material colocadas cerca del sensor. La presencia o ausencia de la fibra se puede detectar en forma exacta fiabilidad aunque la fibra se mueva de un lado a otro delante del sensor. Omisión de agujeros o imperfecciones en los objetos. Dado que los sensores difusos gran angular pueden operar en una zona muy amplia, pueden ignorar pequeños agujeros o imperfecciones en objetos difusos, detectando productos que no estén colocados con precisión. Figura 7.31: Contorno del haz efectivo en sensores difusos gran angular
0155-PE-LT
7-32
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Sensores difusos/Alineación de sensores difusos
Alineación de sensores difusos La alineación del sensor se consigue mediante los siguientes pasos: 1. Apunte el sensor al objeto. 2. Desplace el sensor hacia arriba y hacia abajo y a la izquierda y a la derecha para centrar el haz en el objeto. 3. Reduzca la sensibilidad hasta que ya no se detecte el objeto y tome nota de esta posición. 4. Quite el objeto y aumente la sensibilidad hasta que se detecte el fondo. 5. Ajuste la sensibilidad en un punto medio entre la detección del objeto y la detección del fondo. Figura 7.32: Alineación de sensores difusos (todos los tipos)
Objeto Difuso
Atrás Luz recibida Luz emitida
Adelante
0143-PE-LT
Contorno del haz de sensores difusos, de corte abrupto y con supresión de fondo El contorno del haz de un sensor difuso representa el límite dentro del cual se detectará el borde de un objeto reflectivo blanco al pasar ante el sensor. Este contorno se genera utilizando una hoja de papel blanco de 216 mm x 279 mm (81/2 pulgadas x 11 pulgadas) con una reflectividad del 90% colocada en forma perpendicular con respecto al eje óptico del sensor. La zona de detección es más pequeña en el caso de materiales que sean menos reflectivos y más grande en el caso de materiales más reflectivos, en tanto que a una mayor distancia, los objetos más pequeños pueden disminuir el tamaño del contorno del haz. Los objetos difusos con superficies que no estén en perpendicular con el eje óptico del sensor también disminuirán significativamente la respuesta del sensor.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
7-33
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Ventajas y desventajas/Ventajas
Ventajas y desventajas Ventajas Detección difusa
Las ventajas de los sensores difusos normales son: 1. Se pueden usar en aplicaciones en las que la distancia del sensor al objeto va de unos pocos milímetros a unos pocos metros y cuando no conviene aplicar una detección de haz transmitido ni una detección retrorreflectiva. 2. Se pueden usar en aplicaciones que requieren de una mayor sensibilidad para captar las diferencias en la reflectividad de las superficies y cuando es importante monitorear las condiciones de las superficies relacionadas con esas diferencias de reflectividad.
Detección de corte abrupto
Las ventajas de los sensores de corte abrupto son:
Detección con supresión de fondo
Las ventajas de los sensores con supresión de fondo son:
1. Se pueden utilizar para detectar el nivel de llenado en un contenedor abierto. En este tipo de aplicaciones la superficie que se debe detectar generalmente es demasiado inestable o la apertura es demasiado pequeña para permitir el uso de un detector de proximidad ultrasónico.
1. Se pueden ignorar fondos muy reflectivos porque los sensores con supresión de fondo tienen un punto de corte definido en el límite del rango. 2. Se puede utilizar la supresión de fondo para verificar la presencia de una pieza que esté directamente delante o encima de otra superficie reflectiva. 3. Es posible aplicar el modo de detección difusa en muchas superficies con una reflectividad muy baja debido a que el margen disponible, dentro del campo de detección fijo, suele ser alto.
Detección de foco fijo
Las ventajas de los sensores de foco fijo son: 1. El haz efectivo de la mayoría de los sensores de foco fijo está bien definido, especialmente en el punto focal. Es una segunda opción, después de los sensores de haz transmitido, para la detección de posiciones precisas de bordes que atraviesan el punto focal en perpendicular al haz. 2. El modo de foco fijo se puede utilizar para detectar la presencia o ausencia de una pieza pequeña, como un tornillo en un montaje. 3. El punto visual facilita el enfoque exacto. 4. Se pueden detectar colores (marcas de color) con sensores de foco fijo que utilicen un emisor LED del color adecuado.
7-34
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Ventajas y desventajas/Desventajas
Detección gran angular
Las ventajas de los sensores gran angular son: 1.
Los sensores gran angular no presentan el “punto ciego” que tienen los sensores difusos normales para objetos pequeños a corta distancia.
2.
Los sensores gran angular se pueden utilizar sin problemas en zonas en las que hay un fondo que queda justo fuera del alcance del sensor. Estos sensores se quedan sin margen muy deprisa al aumentar la distancia.
3.
Detectan en forma confiable objetos brillantes y redondos, como latas, y toleran superficies brillantes que vibren, como mallas metálicas, ya que los sensores difusos gran angular no son sensibles al ángulo de visión de las superficies especulares.
Desventajas Detección difusa
Los inconvenientes de los sensores difusos son: 1.
Reflectividad: la respuesta de un sensor difuso se ve afectada por la reflectividad de la superficie del objeto que se debe detectar. Para el rendimiento de los sensores difusos (y de proximidad) se toma como referencia una tarjeta blanca de pruebas Kodak con una reflectancia del 90%. Al establecer un punto de comparación es posible clasificar cualquier tipo de material.
2.
Superficies brillantes: los sensores difusos utilizan lentes que maximizan la distancia de detección alineando su luz. Por ello, los objetos brillantes que no estén en ángulo perpendicular pueden resultar difíciles de detectar.
3.
Detección de piezas pequeñas: la distancia usada para los sensores difusos es menor cuando se utilizan para detectar objetos con un área reflectiva pequeña. Además, la disposición de los lentes de la mayoría de los sensores difusos crea un “punto ciego” para las piezas pequeñas que pasan cerca del lente. Cuando no se pueden utilizar sensores de haz transmitido, las piezas pequeñas que pasan a una distancia fija del sensor se deben detectar con un sensor de foco fijo. Las piezas pequeñas que pasan ante el sensor a una distancia variable (pero cerca) pueden detectarse con un sensor gran angular.
4.
La mayoría de los sensores difusos son menos tolerantes a la contaminación que los rodea y pierden el margen muy deprisa al acumularse suciedad y humedad en los lentes.
5.
Cuando lo esencial es realizar un conteo preciso, la detección difusa puede ser problemática y, por lo tanto, no representa la elección adecuada. De hecho, este tipo de sensor es poco confiable para detectar superficies irregulares, objetos de vidrio o brillantes, piezas pequeñas o piezas que pasan ante el sensor a distancias variables.
6.
Los fondos que varían o que son más reflectivos que el objeto pueden necesitar sensores con supresión de fondo o de corte abrupto.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
7-35
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Ventajas y desventajas/Desventajas
Detección de corte abrupto
1. Confiabilidad de la detección: los sensores de foco fijo requieren que la superficie que se debe detectar pase a la distancia de foco (o cerca de ésta) del lente del sensor. Evite el uso de sensores de foco fijo para la detección de objetos que pasan a una distancia impredecible del sensor.
Detección con supresión del fondo
1. Superficies brillantes: el ángulo del haz con respecto a una superficie brillante puede afectar la posición de punto de corte de un sensor con supresión de fondo. 2. Es posible que los objetos tengan que pasar a través del haz efectivo del sensor en ángulo perpendicular con respecto al plano del lente del emisor o receptor para poder utilizarlos en aplicaciones de mayor velocidad.
Detección de foco fijo
1. El punto focal está bien definido, lo cual produce una detección excelente en el punto focal y muy poca detección antes o después de éste.
Detección gran angular
1. Dado que el campo de visión es muy amplio, se pueden detectar objetos que no estén centrados con respecto al sensor. 2. Se deben tomar precauciones durante el montaje para asegurarse de que el sensor no esté incrustado en un taladro de montaje.
7-36
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Aplicación típica de sensores difusos/Desventajas
Aplicación típica de sensores difusos Ejemplo 7.1: Detección de paquetes
Harina
Harina Harina
0185-PE-LT
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
7-37
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Cables de fibra óptica/Desventajas
Cables de fibra óptica Los sensores de fibra óptica permiten el acoplamiento de “tubos de luz” llamados cables de fibra óptica. La luz que proviene desde el emisor se envía a través de las fibras transparentes de los cables y sale por el otro extremo de la fibra. El haz transmitido o reflejado regresa al receptor a través de fibras diferentes. Los cables de fibra óptica se pueden montar en lugares que de otra manera serían inaccesibles para los sensores fotoeléctricos. Se pueden utilizar en lugares donde la temperatura ambiente es elevada y en aplicaciones donde sean necesarios choques y vibraciones extremos o movimientos continuos en el punto de detección (como se describe más abajo). Los cables de fibra óptica también se pueden utilizar para detectar objetos pequeños y son los que ofrecen la respuesta más rápida. Los cables de fibra óptica se pueden configurar para operar en todos los tipos de detección: haz transmitido, retrorreflectivo y los diversos modos difusos. Figura 7.33: Cables de fibra óptica individuales
0180-PE-LT
Para la detección de haz transmitido se utilizan dos cables individuales. Una vez más, este tipo de detección es la más confiable. Para los modos de detección retrorreflectivo y difusa se utilizan cables de fibra óptica bifurcados. Figura 7.34: Cable de fibra óptica bifurcado 0181-PE-LT
Es posible realizar una detección retrorreflectiva normal, pero no es posible realizar una detección retrorreflectiva polarizada. En algunas aplicaciones es necesario reducir la sensibilidad del sensor para evitar la detección difusa del objeto. La detección difusa normal con cables de fibra óptica es parecida a la detección con sensores fotoeléctricos con lentes. Con la sensibilidad máxima, estos sensores, que utilizan cables de fibra óptica bifurcados, detectan muchos objetos pequeños. Otro método de detección difusa con fibra óptica consiste en usar cables de fibra óptica individuales. Asimismo, se pueden crear los modos de detección de corte abrupto, foco fijo y convergencia mecánica apuntando los extremos sensores de los cables al objeto. Para aplicaciones más difíciles se pueden usar lentes opcionales que se acoplen a diversas configuraciones de los extremos sensores. Estos lentes “estrechan” el haz de luz emitido o recibido, permitiendo una detección a mayor distancia o de objetos más pequeños. Para los cables de fibra óptica se utiliza tanto vidrio como plástico. Las fibras de vidrio se pueden utilizar con LED infrarrojos o visibles. Las fibras de plástico absorben la luz infrarroja y por ello son sumamente eficaces cuando se usan con LED rojos visibles.
7-38
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Cables de fibra óptica/Vidrio
Vidrio Los cables de fibra óptica de vidrio contienen múltiples hebras de fibra de vidrio muy fina envueltas en una cubierta flexible. Los cables de fibra óptica de vidrio suelen ser más duraderos que los de plástico y son capaces de soportar temperaturas mucho más altas (los cables de fibra óptica de vidrio con cubierta de acero inoxidable pueden resistir hasta 260 °C (500 °F); incluso hay cables especiales que soportan temperaturas de hasta 480 °C (900 °F). La mayoría de los cables de vidrio vienen con una cubierta de PVC o con una cubierta flexible de acero inoxidable. Los cables con cubierta de PVC suelen ser menos caros, en tanto que la cubierta de acero inoxidable proporciona mayor durabilidad y permite que los cables operen a temperaturas más altas.
Plástico Los cables de fibra óptica de plástico suelen estar hechos de un monofilamento acrílico. Tienen menor duración, pero suelen ser menos caros que los cables de vidrio. Las fibras de plástico se pueden utilizar en aplicaciones en las que es necesario flexionar los cables continuamente. Cabe notar que para este tipo de aplicaciones también hay disponibles cables de plástico en espiral.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
7-39
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Ventajas y desventajas de los cables de fibra óptica/Ventajas
Ventajas y desventajas de los cables de fibra óptica Ventajas Las ventajas de los cables de fibra óptica son: 1. Pueden tolerar condiciones ambientales extremas con circuitos electrónicos de montaje remoto. 2. Son excelentes para aplicaciones de detección de objetos pequeños. 3. Se montan fácilmente en zonas de acceso restringido.
4. Se pueden disponer o enfocar extremos sensores de fibra para imitar la mayoría de los modos de detección.
Desventajas Los inconvenientes de los cables de fibra óptica son: 1. Las fibras de plástico funcionan mejor con sensores rojos visibles. 2. Las fibras de vidrio se pueden dañar por el movimiento frecuente o violento de los cables. 3. Tienen un margen de detección muy limitado.
4. La contaminación ambiental afecta negativamente la exactitud de la lectura.
7-40
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SENSORES FOTOELÉCTRICOS Aplicaciones típicas de los cables de fibra óptica/Desventajas
Aplicaciones típicas de los cables de fibra óptica Ejemplo 7.1: Detección de corchos con cables de fibra óptica bifurcados
0183-PE-LT
Ejemplo 7.2: Detección de piezas con cables de fibra óptica individuales
0184-PE-LT
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
7-41
A Selección de sensores A continuación encontrará aspectos y explicaciones importantes que le ayudarán a identificar el sensor adecuado para su aplicación.
Selección de la tecnología Antes de empezar: •
• •
La experiencia del cliente y sus conocimientos sobre sensores pueden ayudar a descartas algunas posibilidades desde el principio. No aconseje tecnologías que el usuario o el instalador no puedan configurar adecuadamente. ¿Cuál es la aplicación? Empiece por una descripción completa.
Paso 1
¿Es ésta una nueva aplicación?
No
¿Qué se ha probado antes sin éxito?
Elimine las tecnologías probadas sin éxito.
Sí
Paso 2
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Continúa en la página 2
Fundamentos de la detección de presencia
A-1
SELECCIÓN DE SENSORES Selección de la tecnología/
Paso 2
¿Es ésta una aplicación de seguridad?
No
Sí
Elimine todas las tecnologías salvo las que tengan características acordes con los requisitos de seguridad.
Protección de cinta transportadora
Sí
Interruptor accionado por cable
802C
No Puerta protectora de la máquina
Sí
Interruptor de enclavamiento por llave o interruptor de enclavamiento por bisagra
802E, 802F
No Sí Sólo redundancia
Paso 3
Interruptores de final de carrera de acción de apertura directa
802A
También tenga en cuenta:
¿Es ésta una aplicación de control de movimiento?
No
Relés de seguridad 700Z
Sí
Robótica/ Posicionamiento
Sí Encoder absoluto
845A, B, C, D, G
Encoder por incrementos
845F, H, K, M P, T, PY
No Control de velocidad/ embalaje/ herramientas de máquina
Sí
Paso 4 Continúa en la página 3
A-2
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SELECCIÓN DE SENSORES Selección de la tecnología/
Paso 4
¿Es ésta una aplicación para nivel de líquidos?
No
Sí
Sí
¿Se puede acceder al tanque desde arriba?
Sí
Detector ultrasónico
873C
Detección de resistencia y nivel de líquidos
13DJ3-3000
Detector capacitivo
875CP
Detector fotoeléctrico
A través del haz o reflejo
Detector fotoeléctrico
875C, 875CP
No ¿El nivel se debe Sí controlar a través de la pared del tanque? No ¿El nivel se debe controlar a través de una ventanilla?
Paso 5
¿Es ésta una aplicación para nivel de sólidos?
No
Sí
Sí
Sí
Sí
¿Sólo se puede acceder al material desde arriba?
Detector ultrasónico
873C
Detector fotoeléctrico
Reflejo difuso
Detector capacitivo
875CP
Detector capacitivo
875C, 875CP
Detector fotoeléctrico
A través del haz
Sí
No ¿Sólo se puede acceder Sí al material a través de una pared del tanque? No ¿Se puede acceder al material a través de la pared por dos lados?
Paso 6
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Sí
Sí
Continúa en la página 4
Fundamentos de la detección de presencia
A-3
SELECCIÓN DE SENSORES Selección de la tecnología/
Paso 6
Sí
¿Es ésta una aplicación para marcas de impresión?
Detector fotoeléctrico
42CRC, 42FT 42KL F/F, 7000 F/F
No
Paso 7 ¿Es ésta una aplicación para detección de objetos transparentes?
Sí
Sí
¿El ambiente es muy húmedo? No
Detector fotoeléctrico
42GRC
Detector ultrasónico
873C
Detector fotoeléctrico
Retrorreflector o 42GRC
Detector capacitivo
875C, 875CP
Sí ¿El ambiente es seco y limpio y el objeto está a un máximo de 1m?
¿El ambiente es seco y limpio y el objeto está muy cerca?
Sí
Sí
Detección de un objeto normal.
Paso 8
A-4
Fundamentos de la detección de presencia
Continúa en la página 5
Rockwell Automation/Allen-Bradley
SELECCIÓN DE SENSORES Selección de la tecnología/
Paso 8
¿Qué método de detección prefiere el usuario o el instalador?
Contacto
Interruptor de final de carrera
Sin contacto
Paso 9
¿De qué material está hecho el objeto?
Metal
¿El objeto está a una distancia de 0 a 50 mm?
Sí Detector inductivo
No No metálico ¿El objeto está a una distancia de 0 a 30 mm? No
Sí Detector capacitivo
Sí
¿El objeto está a una distancia de 0 a 100 mm?
Detector fotoeléctrico Sí
Detector ultrasónico (hasta un máximo de 10 metros)
A partir de aquí, la selección de la tecnología dependerá de las características del objeto y de su capacidad para ser detectado.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
A-5
SELECCIÓN DE SENSORES Selección de sensores/
Selección de sensores Copie este formulario y envíelo por fax a: Allen-Bradley Product Support Center: 978/446-3212
Nombre: ______________________________ Nº de teléfono: __________________________ Mejor hora para llamar:___________________ _____ Nº de fax: ______________________________ 1) Objeto: ______________________ 2) Color(es): ___________________________ 3) Textura(s): _________________________ 4) Velocidad: ___________________________
Empresa: _____________________________ Dirección: ______________________________ Ciudad: _________ Estado: _____ C. postal:
¿Cómo está orientado? ____________________
¿Es reflectivo? ___________________________ Objectos/min pies/seg Otros ___________ (Marque una sola opción) 5) Distancia más cercana del sensor respecto del objeto:________________________________ 6) ¿Dónde se puede colocar el sensor? Encima Debajo Un lado Dos lados 7) ¿Qué queremos hacer? _____ mantener grosor en ± _____________ pulgadas mm. (DIAGRAMA) _____ localizar _______ a ± _____________ pulgadas mm. _____ determinar la presencia de un objeto con un tamaño de ________ _____ grosor/profundidad/distancia a una resolución de ± ________ _____ contar un objeto con un tamaño de ________________ _____ otros _______________________________________
8) ¿Por qué es importante todo esto? ________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 9) ¿Se han probado ya otras soluciones? _____________________________________________ ______________________________________________________________________________ 10) Ambiente (polvo, temperatura alta/baja, corrosión, productos químicos, agua, etc.) _________ ______________________________________________________________________________ 11) ¿Existen restricciones para el tamaño del sensor? _________________________________ 12) ¿Qué fuentes de alimentación hay disponibles? ________ CA 120 V _________ CC 24 V 13) ¿Se necesita una función de temporización? _______________________________________ 14) ¿Alguna otra información relevante? _____________________________________________
A-6
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
B Envolventes IEC y NEMA Envolventes IEC Grado de protección La publicación 529 de la IEC describe los grados de protección estándar para envolventes instalados adecuadamente.
Resumen Esta publicación define grados de protección con respecto a: • • •
personas equipos dentro del envolvente entrada de agua
No define: • •
protección contra el riesgo de explosión protección ambiental (es decir, contra humedad, atmósferas o fluidos corrosivos, hongos o entrada de parásitos)
Nota: Las pruebas establecidas por la IEC para los grados de protección contra la entrada de líquidos se refieren únicamente al agua. Los productos de este catálogo que tienen un elevado grado de protección contra la entrada de líquidos incluyen, en la mayoría de los casos, sellos de nitrilo, los cuales ofrecen una buena resistencia a una amplia gama de aceites, refrigerantes y líquidos para cortes. Sin embargo, algunos de los lubricantes, líquidos hidráulicos y solventes pueden causar graves deterioros en el nitrilo y otros polímeros. Algunos de los productos que aparecen en la lista están disponibles con sellos de vitón u otros materiales para mejorar la resistencia a tales líquidos. Si necesita consejos específicos sobre este tema, comuníquese con la oficina de ventas de Allen-Bradley más cercana.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
B-1
ENVOLVENTES IEC Y NEMA Envolventes IEC/Clasificación de envolventes IEC
Clasificación de envolventes IEC El grado de protección está indicado por dos letras (IP) y dos números. La Norma Internacional IEC 529 contiene descripciones y requisitos de pruebas que definen el grado de protección correspondiente a cada número. La siguiente tabla indica el grado de protección general: consulte la sección "Descripción de los requisitos de pruebas para envolventes IEC" que aparece más adelante. Para ver los requisitos de pruebas completos, consulte la norma IEC 529. Tabla 7.3:
Clasificación de envolventes IEC Primer número ➊
Protección de personas contra el acceso a piezas peligrosas y protección contra la penetración de objetos extraños sólidos.
Segundo número ➊ Protección contra la entrada de agua bajo las condiciones de prueba especificadas por la norma IEC 529.
0
Sin protección
0
Sin protección
1
Dorso de la mano; objetos con un diámetro superior a 50 mm
1
Gotas de agua que caigan en vertical
2
Dedo; objetos con un diámetro superior a 12,5 mm
2
Gotas de agua que caigan en vertical con el envolvente inclinado 15°
3
Herramientas u objetos con un diámetro superior a 2,5 mm
3
Rociadas de agua
4
Herramientas u objetos con un diámetro superior a 1,0 mm
4
Salpicaduras de agua
5
Protección contra polvo (el polvo puede entrar durante la prueba, pero no debe interferir con la operación del equipo ni poner en peligro la seguridad)
5
Chorros de agua
6
Protección hermética contra el polvo (no se observa polvo dentro del envolvente al final de la prueba)
6
Chorros de agua potentes
7
Inmersión momentánea
8
Inmersión de larga duración
Ejemplo: IP41 describe envolventes diseñados para proteger contra la entrada de herramientas u objetos con un diámetro superior a 1 mm y para proteger contra gotas de agua que caigan en vertical conforme a las condiciones específicas de la prueba. Nota: Todos los primeros y segundos números (hasta el 6) implican que el envolvente también cumple los requisitos indicados por todos los números anteriores en sus respectivas series (primera o segunda). Los números 7 y 8 no implican que el envolvente pueda ser expuesto a chorros de agua (segundo el número 5 ó 6) a menos que el código sea doble; p.ej., IP_5/IP_7. ➊ La norma IEC permite el uso de ciertas letras adicionales
junto con los números. Si se utilizan estas letras, consulte la norma IEC 529 para ver las explicaciones.
B-2
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
ENVOLVENTES IEC Y NEMA Envolventes IEC/Descripción de los requisitos de pruebas para envolventes IEC
Descripción de los requisitos de pruebas para envolventes IEC (Consulte la norma IEC 529 donde encontrará las especificaciones completas de las pruebas, es decir, configuración de los aparatos de pruebas, tolerancias, etc.)
Pruebas para protección contra el acceso a piezas peligrosas (primer número)
El primer número después de "IP" indica que se cumplen las siguientes pruebas para el grado de protección contra el acceso a piezas peligrosas. También indica que se cumplen las pruebas que se muestran en la siguiente sección para el grado de protección contra objetos extraños sólidos. La protección contra el acceso a piezas peligrosas es satisfactoria si se mantiene una separación adecuada entre la sonda de acceso especificada y las piezas peligrosas. En el caso de voltajes inferiores a 1000V CA y 1500V CC, la sonda de acceso no debe tocar las piezas peligrosas con corriente eléctrica. En el caso de voltajes superiores a 1000V CA y 1500V CC, el equipo debe ser capaz de soportar pruebas dieléctricas específicas con la sonda de acceso en la posición menos favorable. IP0_ — No es necesario hacer pruebas. IP1_ — Una esfera rígida de 50 mm de diámetro no podrá pasar completamente por ninguna abertura. Fuerza = 50 N. IP2_ — Una sonda articulada de 80 mm de largo y 12 mm de diámetro podrá penetrar hasta 80 mm, pero deberá mantener una separación adecuada respecto de las piezas peligrosas con corriente eléctrica, tal como se especifica más arriba, en todas las posiciones posibles cuando ambas articulaciones se doblen en un ángulo de hasta 90°. Fuerza = 10 N. IP3_ — Una varilla de pruebas de 2,5 mm de diámetro no podrá penetrar y deberá mantener una separación adecuada respecto de las piezas peligrosas con corriente eléctrica (tal como se especifica más arriba). Fuerza = 3 N. IP4_ — Un hilo de pruebas de 1 mm de diámetro no podrá penetrar y deberá mantener una separación adecuada respecto de las piezas peligrosas con corriente eléctrica. Fuerza = 1 N. IP5_ — Un hilo de pruebas de 1 mm de diámetro no podrá penetrar y deberá mantener una separación adecuada respecto de las piezas peligrosas con corriente eléctrica. Fuerza = 1 N. IP6_ — Un hilo de pruebas de 1 mm de diámetro no podrá penetrar y deberá mantener una separación adecuada de las piezas peligrosas con corriente eléctrica. Fuerza = 1 N.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
B-3
ENVOLVENTES IEC Y NEMA Envolventes IEC/Descripción de los requisitos de pruebas para envolventes IEC
Pruebas para protección contra objetos extraños sólidos (primer número)
En el caso de los primeros números 1, 2, 3 y 4, la protección contra objetos extraños sólidos es satisfactoria si el diámetro completo de la sonda especificada no pasa por ninguna abertura. Hay que tener en cuenta que en el caso de los números 3 y 4 la intención de las sondas es simular objetos extraños que pueden ser esféricos. Cuando la forma de la trayectoria de entrada plantea dudas con respecto a la entrada de un objeto esférico capaz de moverse, es posible que sea necesario examinar los esquemas o proporcionar un acceso especial para la sonda. En el caso de los números 5 y 6, consulte las descripciones de pruebas que se detallan más adelante para ver los criterios de aceptación. IP0_ — No es necesario hacer pruebas. IP1_ — El diámetro completo de una esfera rígida de 50 mm de diámetro no debe pasar por ninguna abertura a una fuerza de prueba de 50 N. IP2_ — El diámetro completo de una esfera rígida de 12,5 mm de diámetro no debe pasar por ninguna abertura a una fuerza de prueba de 30 N. IP3_ — Una varilla de acero rígida de 2,5 mm de diámetro no debe pasar por ninguna abertura a una fuerza de prueba de 3 N. IP4_ — Un hilo de acero rígido de 1 mm de diámetro no debe pasar por ninguna abertura a una fuerza de prueba de 1 N. IP5_ — El espécimen de prueba va dentro de una cámara de polvo específica en la que se mantienen en suspensión polvos de talco, capaces de pasar por un colador de malla cuadriculada con hilos de 50 mm de diámetro y una separación entre hilos de 75 mm. Los envolventes para equipos sometidos a efectos térmicos cíclicos (categoría 1) se bombean al vacío hasta adquirir una presión interna reducida con respecto a la atmósfera circundante: depresión máxima = 2 kPa; tasa máxima de extracción = 60 volúmenes por hora. Si se logra una tasa de extracción de 40 a 60 volúmenes/hora, la prueba continúa hasta que se extraigan 80 volúmenes, o hasta que hayan transcurrido 8 horas. Si la tasa de extracción es inferior a 40 volúmenes/hora a una depresión de 20 kP, el tiempo de prueba es de 8 horas. Los envolventes para equipos no sometidos a efectos térmicos cíclicos que pertenezcan a la categoría 2 de la norma correspondiente, se someten a prueba durante 8 horas sin bombeo al vacío. La protección es satisfactoria si no se acumula polvo de talco en una cantidad o lugar que, al igual que cualquier otro tipo de polvo, pueda interferir con el correcto funcionamiento del equipo, o poner en peligro la seguridad; la prueba también es satisfactoria si no se ha depositado polvo en puntos en los que se pudiera producir un seguimiento a lo largo de longitudes de frotamiento. IP6_ — Todos los envolventes se someten a prueba dentro de la categoría 1, tal como se ha especificado más arriba para IP5_. La protección es satisfactoria si no se observan depósitos de polvo dentro del envolvente al final de la prueba.
B-4
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
ENVOLVENTES IEC Y NEMA Envolventes IEC/Descripción de los requisitos de pruebas para envolventes IEC
Pruebas para protección contra agua (segundo número)
El segundo número después de "IP" indica que se cumplen las siguientes pruebas para el grado de protección contra agua. En el caso de los números del 1 al 7, la protección es satisfactoria si el agua que ha entrado no interfiere con el normal funcionamiento del sistema, no llega a piezas que reciban corriente eléctrica y que no estén diseñadas para operar si se mojan, y si el agua no se acumula cerca de la entrada de un cable ni entra en el cable. En el caso del número 8, la protección es satisfactoria si no entra agua en el envolvente. IP_0 — No es necesario hacer pruebas. IP_1 — Se deja caer agua sobre el envolvente desde una “caja escurridora” que tiene boquillas a intervalos de 20 mm formando una cuadrícula, a una tasa de “precipitación” de 1 mm/min. El envolvente se coloca en su posición normal de funcionamiento debajo de la caja escurridora. Tiempo de la prueba = 10 minutos. IP_2 — Se deja caer agua sobre el envolvente desde una “caja escurridora” que tiene boquillas a intervalos de 20 mm formando una cuadrícula, a una tasa de “precipitación” de 3 mm/min. El envolvente se coloca en 4 posiciones fijas con una inclinación de 15º con respecto a su posición normal de funcionamiento, debajo de la caja escurridora. Tiempo de la prueba = 2.5 minutos para cada posición. IP_3 — Se rocía agua por todos los lados del envolvente en un arco de 60° respecto a la vertical, utilizando un dispositivo de tubo oscilante con agujeros a intervalos de 50 mm (o una boquilla manual para envolventes más grandes). Velocidad del flujo del dispositivo de tubo oscilante = 0,07 l/min por agujero x número de agujeros; para la boquilla manual = 10 l/min. Tiempo de la prueba para el tubo oscilante = 10 minutos; para la boquilla manual = 1 min/m2 del área de superficie del envolvente; 5 minutos como mínimo. IP_4 — Igual que la prueba para IP_3 salvo que el agua rociada cubre un arco de 180° con respecto a la vertical. IP_5 — Se rocía el envolvente desde todas las direcciones posibles con un chorro de agua a 12.5 l/min. con una boquilla de 6.3 mm a una distancia de 2.5 a 3 m. Tiempo de la prueba = 1 min/m2 del área de superficie del envolvente que se debe rociar; 3 minutos como mínimo. IP_6 — Se rocía el envolvente desde todas las direcciones posibles con un chorro de agua a 100 l/min. con una boquilla de 12,5 mm a una distancia de 2.5 a 3 m. Tiempo de la prueba = 1 min/m2 del área de superficie del envolvente que se debe rociar; 3 minutos como mínimo. IP_7 — Se sumerge el envolvente en agua en su posición de funcionamiento durante 30 minutos. Punto más bajo de envolventes de menos de 850 mm de alto = 1000 mm por debajo de la superficie del agua. Punto más alto de envolvente de más de 850 mm de alto = 150 mm por debajo de la superficie del agua. IP_8 — Las condiciones de prueba están sujetas a un acuerdo entre el fabricante y el usuario, pero serán por lo menos tan estrictas como las aplicadas a IP_7.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
B-5
ENVOLVENTES IEC Y NEMA Envolventes NEMA/Envolvente correcto para los controles de motor
Envolventes NEMA Envolvente correcto para los controles de motor Tipo 1 Montaje en superficie para fines generales
Los envolventes tipo 1 están pensados para ser usados en interiores con el fin de ofrecer protección contra el contacto con equipos envueltos ubicados en puntos en los que se dan condiciones de operación normales. Estos envolventes, fabricados de acero resistente a la corrosión, están diseñados para superar pruebas de diseño resistente al óxido e inserción de varillas.
Tipo 1 Montaje a nivel o al ras
Envolventes montados al ras para ser instalados en armazones de máquinas y paredes de yeso. Estos envolventes son para aplicaciones parecidas y están diseñados para cumplir las mismas pruebas que los de montaje en superficie del tipo 1.
Tipo 3
Los envolventes tipo 3 están pensados para ser usados en exteriores con el fin de ofrecer protección contra polvo arrastrado por el viento, lluvia y aguanieve y para no sufrir daños por la formación de hielo en el envolvente. Asimismo, están diseñados para superar pruebas de diseño resistente al óxido, lluvia➊, hielo externo➋ y polvo. No están pensados para ofrecer protección contra condiciones tales como condensación interna o hielo interno.
Tipo 3R
Los envolventes tipo 3R están pensados para ser usados en exteriores con el fin de ofrecer protección contra la lluvia y no sufrir daños por la formación de hielo en el envolvente. Están diseñados para superar pruebas de diseño resistente al óxido, inserción de varillas, lluvia➌ y hielo externo➋. No están pensados contra condiciones tales como polvo, condensación interna o hielo interno.
Tipo 4
Los envolventes tipo 4 están pensados para ser usados en interiores o exteriores con el fin de ofrecer protección contra polvo arrastrado por el viento, lluvia, salpicaduras de agua, agua lanzada a través de mangueras y para no sufrir daños por la formación de hielo en el envolvente. Asimismo, están diseñados para superar pruebas de diseño resistente al óxido, agua, polvo y hielo externo➋. No están pensados contra condiciones tales como condensación interna o hielo interno. Estos envolventes están hecho de acero inoxidable de calibre pesado, aluminio fundido o acero de calibre pesado, dependiendo del tipo de unidad y tamaño. La tapa lleva una junta de caucho sintético. ➊ Criterios de evaluación: no ha entrado agua en el envolvente durante la prueba específica. ➋ Criterios de evaluación: no ha sufrido daños después de que el hielo formado durante la prueba se ha derretido. (Nota: No se requiere que esté operativo mientras está cubierto de hielo.) ➌ Criterios de evaluación: no ha entrado agua en las piezas con corriente eléctrica, la aislación o los mecanismos.
B-6
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
ENVOLVENTES IEC Y NEMA Envolventes NEMA/Envolvente correcto para los controles de motor
Tipo 3R, 7 y 9 Envolvente de pieza única para ubicaciones peligrosas
Este envolvente está hecho de aluminio “sin cobre” (menos del 0,1%) cromado en bronce (incluyendo la zona interna y las bridas). Las superficies externas también están preparadas con un apresto especial de epoxia pintadas con uretano alifático para darles mayor resistencia a la corrosión. El cierre en forma de V permite quitar la tapa fácilmente para llevar a cabo inspecciones o realizar modificaciones de campo. Este envolvente supera las mismas pruebas que los envolventes tipo 3R, 7 y 9. Para la aplicación tipo 3R, es necesario añadir un drenaje.
Tipo 4X Poliéster reforzado con fibra de vidrio resistente a la corrosión no metálico
Los envolventes tipo 4X están diseñados para ser usados en interiores o exteriores con el fin de ofrecer protección contra la corrosión, polvo arrastrado por el viento y lluvia, salpicaduras de agua y agua lanzada a través de mangueras y para no sufrir daños por la formación de hielo en el envolvente. Asimismo, están diseñados para superar pruebas de diseño resistente a la corrosión, riego, polvo y hielo externo➋. No están pensados contra condiciones tales como condensación interna o hielo interno. El envolvente es de poliéster reforzado con fibra de vidrio con una junta de caucho sintético entre la tapa y la base y resulta ideal para industrias tales como plantas químicas y fábricas de papel.
Tipo 6P
Los envolventes tipo 6P están pensados para ser usados en interiores o exteriores con el fin de ofrecer protección contra la entrada de agua durante una inmersión prolongada a una profundidad limitada y para no sufrir daños por la formación de hielo en el envolvente. Asimismo, están diseñados para superar pruebas de diseño resistente a la corrosión, presión atmosférica, hielo externo➋ y agua. No están diseñados contra condiciones tales como condensación interna o hielo interno.
Tipo 7 Envolvente atornillado para ubicaciones peligrosas por presencia de gas
Los envolventes tipo 7 están pensados para ser usados en interiores en ubicaciones clasificadas como Clase I, Grupos C o D según la definición de NEC (National Electrical Code). Los envolventes tipo 7 están diseñados para soportar las presiones resultantes de una explosión interna de gases específicos y contener este tipo de explosión lo suficiente para evitar la ignición de una mezcla de gas y aire que haya en la atmósfera que rodea al envolvente. Los dispositivos envueltos en generadores de calor están diseñados para que las superficies externas no alcancen temperaturas capaces de encender mezclas explosivas de gas y aire en la atmósfera circundante. Estos envolventes, cubiertos por un esmalte gris especial resisten a la corrosión, están diseñados para superar pruebas de diseño para explosiones, pruebas hidrostáticas y de altas temperaturas.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
B-7
ENVOLVENTES IEC Y NEMA Envolventes NEMA/Envolvente correcto para los controles de motor
Tipo 9 Para ubicaciones peligrosas por presencia de polvo
Los envolventes tipo 9 están pensados para ser usados en interiores en ubicaciones clasificadas como Clase II, Grupos E, F o G según la definición de NEC (National Electrical Code). Los envolventes tipo 9 están diseñados para evitar la entrada de polvo. Los dispositivos envueltos generadores de calor están diseñados para que las superficies externas no alcancen temperaturas capaces de provocar cambios en el color o ignición de polvo en el envolvente, o la ignición de mezclas de polvo y aire que haya en la atmósfera. Asimismo, estos envolventes, cubiertos por un esmalte gris especial resisten a la corrosión, están diseñados para superar pruebas de diseño resistente a la penetración del polvo, altas temperaturas y el envejecimiento de las juntas. ➋ Criterios de evaluación: no ha sufrido daños después de que el hielo formado durante la prueba se ha derretido. (Nota: No se requiere que esté operativo mientras está cubierto de hielo.)
Tipo 12
Los envolventes tipo 12 están pensados para ser usados en exteriores con el fin de ofrecer protección contra el polvo, la suciedad que les pueda caer encima y el goteo de líquidos no corrosivos. Están diseñados para superar pruebas de resistencia al óxido, goteo➊ y polvo. No están pensados contra condiciones tales como condensación interna.
Tipo 13
Los envolventes tipo 13 están pensados para ser usados en interiores con el fin de ofrecer protección contra el polvo, las rociadas de agua, aceite y refrigerantes no corrosivo. Están diseñados para superar pruebas de diseño resistente a exclusión de aceites y óxido. No están pensados contra condiciones tales como condensación interna.
Envolventes
Consulte las descripciones que aparecen más adelante para ver los diversos tipos de envolventes de Rockwell Automation/AllenBradley. Si desea consultar las definiciones, descripciones y criterios de pruebas, consulte la publicación de normas nº 250 de la National Electrical Manufacturers Association (NEMA). Asimismo, puede consultar las listas de productos dentro del catálogo de Rockwell Automation/Allen-Bradley donde encontrará los tipos de envolventes disponibles e información adicional relativa a estas descripciones. Nota: por lo general, los envolventes no protegen a los dispositivos contra condiciones tales como condensación, hielo, corrosión o contaminación que puedan originarse dentro del envolvente o entrar a través de aberturas del conducto o aberturas no selladas. Los usuarios deben tomar las medidas adecuadas para evitar estas condiciones y asegurarse de que el equipo esté adecuadamente protegido. ➊ Criterios de evaluación: no ha entrado agua en el envolvente durante la prueba.
B-8
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
ENVOLVENTES IEC Y NEMA Envolventes NEMA/Envolvente correcto para los controles de motor
Criterios de selección Tabla 7.4:
Envolventes para ubicaciones no peligrosas Tipo Diseñado para superar las pruebas nº. ➊
Para protección contra:
Uso en interiores
Uso en exteriores
Interiores o exteriores
1
12
13
3R
3
4
4X
6P
Contacto fortuito con equipo envuelto
6.2
√
√
√
√
√
√
√
√
Caída de suciedad
6.2
√
√
√
√
√
√
√
√
Óxido
6.8
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
Polvo, hilos, fibras y partículas en suspensión ➋
6.5.1.2 (2)
Polvo arrastrado por el viento
6.5.1.1 (2)
Caída de líquidos y salpicaduras leves
6.3.2.2
Lluvia (prueba evaluada según 5.4.2.1)
6.4.2.1
Lluvia (prueba evaluada según 5.4.2.2)
6.4.2.2
Nieve y aguanieve
6.6.2.2
Chorros y salpicaduras de agua
6.7
Inmersión prolongada ocasional
6.11 (2)
Filtración de aceite y refrigerante
6.3.2.2
Rociadas y salpicaduras de aceite o refrigerante
6.12
Agentes corrosivos
6.9
√
√ √
√
√ √
√ √ √
√
√
√
➊ Consulte la descripción de los requisitos de pruebas para envolventes NEMA que aparece a continuación. Consulte la publicación de normas nº 250 de la NEMA donde aparecen las especificaciones completas de las pruebas. ➋ Materiales no peligrosos, no pertenecientes a la Clase III de materiales inflamables o combustibles.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
B-9
ENVOLVENTES IEC Y NEMA Envolventes NEMA/Descripción de los requisitos de pruebas para envolventes NEMA
Descripción de los requisitos de pruebas para envolventes NEMA 6.2 Prueba de entrada de varillas: las varillas con un diámetro de 0,3 cm (1/8 pulgada) no deben poder entrar en el envolvente salvo en puntos en los que la pieza con corriente eléctrica esté a más de 10.16 cm (4 pulgadas) de una abertura; dicha abertura no podrá permitir la entrada de una varilla con un diámetro de 1.27 cm (1/2 pulgada). 6.3 Prueba de goteo: se gotea agua sobre el envolvente durante 30 minutos desde un recipiente colocado encima. Dicho recipiente cuenta con boquillas situadas a intervalos uniformes, una cada 20 pulgadas cuadradas (129 cm²); la velocidad de goteo de cada boquilla es 20 gotas por minuto. Evaluación 6.3.2.2: No debe haber entrado agua en el envolvente. 6.4 Prueba de lluvia: toda la parte superior y todos los lados expuestos se rocían de agua a una presión de 5psi durante una hora de manera tal que el agua suba 45.7 cm (18 pulgadas) en un recipiente de lados rectos colocado debajo del envolvente. Evaluación 6.4.2.1: No debe llegar agua a las piezas con corriente eléctrica, la aislación o los mecanismos. Evaluación 6.4.2.2: No debe entrar agua en el envolvente. 6.5.1.1 (2) Prueba de polvo en exterior (método alternativo): el envolvente y los mecanismos externos se someten a un chorro de agua a razón de 170 litros (45 galones) por minuto con una boquilla de 2.54 cm (1 pulgada) de diámetro, dirigido a todas las junturas desde todos los ángulos a una distancia de 3 a 3.65 m (10 a 12 pies). El tiempo de la prueba es de 48 veces (en segundos) la longitud de la prueba (alto + ancho + profundidad del envolvente en pies), o de un mínimo de 5 minutos. No deberá entrar agua en el envolvente. 6.5.1.2 (2) Prueba de polvo en interior (método alternativo): se rocía agua con un atomizador a una presión de 30psi cuadrados en todas las junturas, uniones y mecanismos de operación externos desde una distancia de 30.48 a 38.1 cm (12 a 15 pulgadas) a razón de 11.3 litros (3 galones) por hora. No se aplican menos de cinco onzas (141.7 gramos) de agua por pie lineal (30.48 cm) de la longitud de la prueba (alto + largo + profundidad del envolvente). No deberá entrar agua en el envolvente. 6.6 Prueba de hielo externo: se rocía agua sobre el envolvente durante una hora en una sala fría (2º C); luego se baja la temperatura ambiente a aproximadamente –5º C y se controla el rocío del agua para que se forme hielo a razón de 0.6 cm (1/4 pulgada) por hora hasta que se haya formado una capa de hielo de(1.9 cm (3/4 pulgada) de grosor en la superficie superior de una barra de pruebas de metal de (2.54 cm (1 pulgada) de diámetro, y luego se mantiene la temperatura a –5º C durante 3 horas. Evaluación 6.6.2.2: El equipo no debe sufrir daños después de que se haya derretido el hielo (no se requiere que los mecanismos externos estén operativos mientras están cubiertos de hielo).
B-10
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
ENVOLVENTES IEC Y NEMA Envolventes NEMA/Descripción de los requisitos de pruebas para envolventes NEMA
6.7 Prueba de riego: el envolvente y los mecanismos externos se someten a un chorro de agua de 246 litros (65 galones) por minuto a través de una boquilla de 2.54 cm (1 pulgada) de diámetro, dirigido a todas las junturas desde todos los ángulos a una distancia de 3 a 3.65 m (10 a 12 pies). El tiempo de la prueba es de 48 veces (en segundos) la longitud de la prueba (alto + ancho + profundidad del envolvente en pies), o de un mínimo de 5 segundos. No debe entrar agua en el envolvente. 6.8 Prueba de resistencia al óxido (sólo para envolventes que lleven piezas externas de hierro): el envolvente es sometido a una rociada salina durante 24 horas, utilizando agua con cinco partes por peso de sal (NaCI) a 35º C, y luego se limpia y se seca. No debe haber óxido salvo en los puntos que no están protegidos (es decir, superficies acopladas mecánicamente, superficies deslizantes de bisagras, ejes, etc.). 6.9 Protección contra corrosión: los envolventes de acero se evalúan de acuerdo con UL 50, Parte 13 (prueba de protección equivalente, como chapa de acero revestida de zinc para uso comercial G-90). Para otros materiales, usar UL 508, 6.9 ó 6.10. 6.11 (2) Prueba de presión atmosférica (método alternativo): el envolvente se sumerge en agua a una presión igual a una profundidad de 1,82 m (6 pies) durante 24 horas. No debe entrar agua en el envolvente. 6.12 Prueba de exclusión de aceite: el envolvente se somete a un chorro de líquido de pruebas durante 30 minutos con una boquilla de 0.9 cm (3/8 pulgadas) de diámetro a razón de 7.57 litros (2 galones) por minuto. Se lanza agua con un 0,1% de agente humidificador desde todos los ángulos a una distancia de 30.48 a 45.7 cm (12 a 18 pulgadas), mientras los dispositivos de operación externa funcionan a 30 operaciones por minuto. No debe entrar líquido de pruebas en el envolvente.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
B-11
ENVOLVENTES IEC Y NEMA Envolventes NEMA/Descripción de los requisitos de pruebas para envolventes NEMA
Criterios de selección Tabla 7.5:
Envolventes para ubicaciones no peligrosas Tipo
Para de protección contra atmósferas que suelan contener: ➌
Acetileno
Diseñado para superar las pruebas nº. ➋
Clase (National Electrical Code)
Prueba de explosión
I
√
I
√
Hidrógeno, gas manufacturado Éter dietílico, etileno, sulfuro de hidrógeno Acetona, butano, gasolina, propano, tolueno Polvos metálicos y otros polvos combustibles con resistividad inferior a 105 ohmios-cm Polvos de negro de humo de gas natural, carbón vegetal, carbón mineral o coque con resistividad entre 102-108 ohmios-cm
7, Clase I Grupo A
B
C
I
√
Prueba de temperatura
I
√
II
Prueba de temperatura con capa de polvo
II
Polvos combustibles con resistividad
E
F
G
√
Prueba hidrostática
Prueba de penetración de polvo
D
9, Clase II Grupo
√ √
√
II
√
III
√
de 105 ohmios-cm o más ➍
Fibras, partículas ➊
➋
➌
➍
B-12
Sólo para ubicaciones interiores a menos que se indique un número adicional NEMA adecuado para el uso en exteriores como se muestra en la tabla de la página 12. Algunos dispositivos de control (si aparecen en el catálogo) son adecuados para usarse en ubicaciones peligrosas de la División 2 con envolventes para ubicaciones no peligrosas. La explicación sobre CLASES, DIVISIONES y GRUPOS aparece en el National Electrical Code (NEC).Nota: las clasificaciones de ubicaciones peligrosas están sujetas a la aprobación de las autoridades correspondientes. Consulte el National Electrical Code. Consulte la descripción sobre los requisitos de pruebas que aparece más adelante. Para ver los requisitos completos, consulte la Norma UL 698, cuyo cumplimiento es obligatorio según la normativa para envolventes NEMA. Para ver una lista de materiales adicionales e información acerca de las propiedades de líquidos, gases y sólidos, consulte NFPA 497M–1991, Clasificación de gases, vapores y polvos para equipos eléctricos en ubicaciones peligrosas (clasificadas). UL 698 no incluye requisitos de pruebas para la Clase III. Los productos que superan los requisitos para la Clase II, Grupo G son aceptables para la Clase III.
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
ENVOLVENTES IEC Y NEMA Envolventes NEMA/Descripción de los requisitos de pruebas según la Norma UL 698
Descripción de los requisitos de pruebas según la Norma UL 698 Prueba de explosión: durante una serie de pruebas en las que se incendian dentro del envolvente mezclas de gas y aire del gas específico por encima de su nivel de concentraciones explosivas, el envolvente deberá impedir el paso de llamas y chispas capaces de incendiar una mezcla de gas y aire que rodee al envolvente. Además, no se deben producir daños mecánicos en los mecanismos eléctricos envueltos ni en el envolvente. Prueba hidrostática: el envolvente deberá soportar durante 1 minuto una prueba hidrostática basada en la presión interna máxima por explosión desarrollada durante las pruebas de explosión, como sigue: metal fundido, cuatro veces la presión de la explosión sin ruptura ni deformación permanente; acero comercial, dos veces la presión de la explosión sin deformación permanente y tres veces la presión de la explosión sin ruptura. Excepción: se pueden omitir las pruebas hidrostáticas si los cálculos demuestran un factor de seguridad de cinco a uno para el metal fundido y de cuatro a uno para el acero comercial. Prueba de temperatura: el dispositivo envuelto se somete a una prueba de temperatura para determinar la temperatura máxima en cualquier punto de la superficie externa. El dispositivo debe estar marcado con un código de temperatura basado en el resultado sólo si la temperatura supera +100 °C (+212 °F). Prueba de penetración de polvo: el dispositivo opera a carga medida hasta que se alcanzan temperaturas equilibradas. A continuación se enfría hasta alcanzar la temperatura ambiente (de la sala). Esta operación se realiza en seis ciclos de calentamiento y enfriamiento que duren por lo menos 30 horas, mientras el sistema se expone de manera continua a polvo con propiedades específicas en una cámara de pruebas. No debe entrar polvo en el envolvente. Prueba de temperatura con capa de polvo: esta prueba se lleva a cabo de igual forma que la prueba de penetración de polvo, salvo que las boquillas para el polvo se colocan de manera que éste no caiga directamente sobre el dispositivo sometido a prueba. El dispositivo opera a plena carga nominal (y en condiciones anormales para un equipo sometido a sobrecargas) hasta que se alcanzan temperaturas equilibradas. El polvo que esté en contacto con el envolvente no deberá incendiarse ni cambiar de color por el calor y no se deben superar las temperaturas externas basadas en una temperatura ambiente de +40 °C (+104 °F). Tabla 7.6:
Directrices para pruebas de temperatura
Grupo
Operación normal
Operación anormal
E
+200 °C (+392 °F)
+200 °C (+392 °F)
F
+150 °C (+302 °F)
+200 °C (+392 °F)
G
+120 °C (+248 °F)
+165 °C (+329 °F)
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
B-13
C Glosario A a prueba de explosiones
Término para ubicaciones peligrosas que hace referencia a la protección contra explosiones.
abertura
Tamaño de la abertura de una lente o de una pieza mecánica/ dispositivo externo acoplado a un lente y que limita el tamaño de la abertura de una lente, limitando así el tamaño del haz efectivo.
acción ultrarrápida
Movimiento rápido desde una posición a otra. El movimiento es una constante independiente de la velocidad con la que se mueve el accionador del interruptor. La presión de contacto es estable debido a una tensión de resorte.
acción ultrarrápida/ acción de apertura directa IEC
Esta estructura de contacto es muy similar al contacto de acción ultrarrápida con una característica adicional: la operación continua del mecanismo de operación más allá de la posición de acción ultrarrápida aplica una fuerza directamente sobre el contacto normalmente cerrado (N.C.) si no se abre con el mecanismo de acción ultrarrápida. Esta fuerza se aplica después del mecanismo de sobrecentrado. Por ejemplo, si un contacto tiene un punto de operación de acción ultrarrápida durante un movimiento rotatorio de 40°, el punto de acción de apertura directa puede estar entre 60° o más. No se aplican fuerzas de acción de apertura directa a los contactos N.A. al cambiar de estado cerrado accionado al estado normal.
accionador
Mecanismo que cuando se mueve correctamente opera los contactos del interruptor. Este mecanismo transmite la fuerza aplicada desde el dispositivo accionador al bloque de contactos accionando los contactos.
activador
Pulso empleado para iniciar la conmutación de la señal de control a través de los trayectos del circuito apropiados.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
C-1
GLOSARIO
ajuste de ganancia
Véase ajuste de sensibilidad.
ajuste de la sensibilidad
Ajuste que determina la capacidad del sensor para discriminar entre niveles diferentes de luz u ondas ultrasónicas. A veces denominado “ajuste de ganancia”.
alcance
Véase margen de detección.
alineación
Posicionamiento de la fuente de luz (emisor), el receptor, el reflector o el objeto de manera que la mayor cantidad de la energía luminosa emitida llegue al fotodetector del receptor.
ambiente
Condiciones medioambientales de una zona de detección (temperatura, nivel de luz, humedad, contaminación del aire).
amperio (A)
Unidad de medida de la corriente eléctrica. Un voltio a través de una resistencia de 1 ohmio produce un flujo de corriente de 1 amperio. Un amperio es igual al paso de 6,28 x 1018 electrones por un punto en un segundo.
amplitud
Se emplea para describir la corriente o voltaje máximo en un intervalo de salida analógica. Los sensores analógicos tienen un ajuste para definir el valor de amplitud.
AND, lógica
Función lógica en la que dos o más entradas conectadas en serie deben estar cerradas para activar la salida.
ángulo de inclinación
Se utiliza al montar sensores retrorreflectivos y difusos para optimizar las condiciones de detección. Modo difuso: reduce los reflejos del fondo; el sensor se coloca de manera que su haz choque en un ángulo diferente a 90°. Modo retrorreflectivo: la inclinación tiene como fin reducir la cantidad de luz reflejada directamente por el objeto; el sensor y el reflector se colocan de manera tal que el haz choque en un ángulo diferente a 90°.
C-2
ánodo
Electrodo positivo de un dispositivo. Véase diodo.
ANSI
Abreviatura correspondiente a la American National Standards Institute, organismo que desarrolla normas para la industria en Estados Unidos de Norteamérica.
aproximación axial
Aproximación del objeto manteniendo su centro en el eje de referencia. Véase eje de referencia.
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
GLOSARIO
aproximación lateral
Aproximación del objeto en forma perpendicular al eje de referencia. Véase eje de referencia.
atenuación
Reducción de la fuerza de una señal, o pérdida o reducción de la intensidad del haz debida a factores ambientales tales como polvo, suciedad, humedad, vapor u otros contaminantes presentes en la zona de detección.
autocolimación
Principio de la reflexión según el cual un haz luminoso que incide en un reflector es reflejado en forma paralela a sí mismo.
B barrera
Véase barrera de seguridad intrínseca.
barrera de seguridad intrínseca
Componente protector diseñado para limitar el voltaje y la corriente en un área peligrosa. La barrera funciona fuera de la ubicación peligrosa para desviar la energía anormal a tierra.
barrido directo
Véase haz transmitido.
base de control
Unidad remota de la fuente de luz/fotorreceptor (o sensor de proximidad) donde se produce la amplificación y el acondicionamiento de la señal de salida. Generalmente tiene una fuente de alimentación y un dispositivo de salida.
C caída de voltaje
Voltaje que se produce a través de un dispositivo de estado sólido cuando su salida activa una carga; también corresponde al voltaje que hay en cada elemento de un circuito conectado en serie. La magnitud de la caída de voltaje depende de la demanda de carga del circuito.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
C-3
GLOSARIO
C-4
campo de visión
Región iluminada por la fuente luminosa que puede "ver" el receptor y se refiere al área de respuesta de un sensor fotoeléctrico (receptor). El campo de visión se expresa en grados, pero es tridimensional y se representa en forma de cono.
cara activa
Véase cara de detección.
cara de detección
Superficie del sensor de proximidad paralela al objeto desde la que se mide la distancia/margen de operación a lo largo del eje de referencia.
carga
Término general para un dispositivo o circuito que capta energía cuando es activado por otro dispositivo o circuito.
carga inductiva
Dispositivo eléctrico compuesto generalmente por una bobina de alambre para crear un campo magnético para producir, a su vez, una operación mecánica cuando recibe corriente. Las cargas inductivas presentan un mayor nivel de corriente cuando se energizan, el cual puede ser muchas veces mayor que la corriente de retención en estado de equilibrio. Cuando dejan de recibir corriente, el campo magnético desaparece y se genera una corriente momentánea de alto voltaje. Esta corriente transitoria puede producir chispas en contactos de conmutación mecánicos, o incluso dañar contactos de estado sólido. Algunos ejemplos de cargas inductivas son: motores, solenoides y relés. Véase corriente momentánea.
cascada
Combinación de los circuitos lógicos para obtener un control del tiempo o una lógica más complejos. (Las salidas y las entradas están conectadas en serie.)
casquillo
Extremo de un cable de fibra óptica.
CENELEC
Abreviatura correspodiente al European Committee for Electrotechnical Standardization, organismo responsable de las normas relativas a las características de dimensiones y funcionamiento de los componentes de control. Similar al ANSI.
cierre hermético
Cierre que no deja pasar el aire. En dispositivos fotoeléctricos, las unidades de lentes de algunos sensores tienen cierres herméticos para evitar la entrada de aire y agua por detrás del lente, impidiendo así que la superficie interna del lente se empañe. En los interruptores de final de carrera, los contactos de cierre hermético impiden la contaminación de la superficie de contacto.
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
GLOSARIO
circuito de retención (lógica de retención)
Función lógica en la que una señal de entrada bloquea la salida en estado de encendido. La salida permanece en este estado hasta que se aplica una señal como segunda entrada para rearmar el circuito de retención.
circuito en paralelo
Circuito en el que la corriente tiene dos o más caminos que seguir.
circuito en serie
Circuito en el que la corriente sólo tiene un camino que seguir.
clasificación de envolventes
Clasificación de la protección de equipo eléctrico frente a descargas eléctricas, cuerpos extraños y agua.
clasificación IP
Sistema de clasificación establecido por la norma 529 de la IEC que define la idoneidad de envolventes de sensores y de sistemas de sensores para diversos lugares. Similar a la clasificación de la NEMA para envolventes.
colector abierto
Término empleado para describir la salida NPN o PNP de un dispositivo CC en la cual el colector del transistor de entrada no está conectado a ninguna otra parte del circuito de salida salvo a un diodo de protección. Véase drenaje (NPN, salida), fuente (PNP, salida).
colimación
Véase autocolimación.
compuerta
Circuito con una salida que sólo actúa cuando se consigue una combinación específica de sucesos.
conectar
Cerrar o establecer un circuito eléctrico. Véase normalmente abierto (N.A.).
conexión lenta–corte lento
Tipo de contacto en el cual se aplica fuerza para operar los contactos sin ningún mecanismo de sobrecentrado. Los contactos se mueven a una velocidad relacionada directamente con la velocidad de operación del accionador. La fuerza de contacto, a su vez, está directamente relacionada con el movimiento de los contactos. Los contactos pueden tocarse con una presión de contacto suave.
conexión pasiva
Véase resistor de conexión.
conexión y desconexión continua
Estado en el que el dispositivo se enciende y apaga continuamente en forma sucesiva en lugar de un cierre o apertura estable de los contactos.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
C-5
GLOSARIO
consumo de corriente
Cantidad de corriente necesaria para alimentar un sensor o control excluyendo su carga.
contactos de acción de apertura directa
Separación de los contactos consecutiva como resultado directo de un movimiento específico del accionador del interruptor a través de elementos no elásticos.
contactos de doble corte
Contactos que interrumpen el circuito en dos puntos.
contorno del haz
Representación gráfica de la dispersión de la luz de un sensor.
contraste (óptico)
Véase foco fijo.
control autocontenido
Control fotoeléctrico o de proximidad en el que la detección del control, el acondicionamiento de la señal y la salida tienen lugar en un mismo dispositivo.
controles separados
Sistema en el que los sensores están en una posición remota respecto a la fuente de energía, el amplificador, el dispositivo lógico y el dispositivo de conmutación de salida.
convergencia mecánica
Un par de emisor y receptor separados está angulado hacia un punto común a una distancia ideal a partir de los controles.
corriente alterna (AC) Corriente sinusoidal a una frecuencia determinada, generalmente 50Hz o 60Hz.
C-6
corriente continua (CC)
Corriente que sólo fluye en una dirección a través de un circuito. Tal como se emplea habitualmente, este término hace referencia a una corriente prácticamente no pulsante.
corriente de alimentación
Corriente necesaria para mantener el funcionamiento de un sensor fotoeléctrico, un sensor de proximidad o una base de control. En ocasiones se denomina como “consumo de corriente”.
corriente de carga
Cantidad máxima de corriente que un sensor conmuta a través de su carga.
corriente de carga continua
Nivel máximo de corriente que puede fluir de manera continua a través de la salida del sensor en estado de encendido.
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
GLOSARIO
corriente de carga máxima
Cantidad máxima de corriente que puede fluir a través de un sensor sin causar una falla en el mismo.
corriente de carga mínima
Cantidad mínima de corriente que requiere un sensor para mantener un funcionamiento confiable.
corriente de entrada
Sobretensión inicial de una corriente a través de una carga cuando se aplica energía por primera vez. La corriente de entrada de una carga inductiva (solenoide, contactor) puede ser hasta 20 veces mayor que la corriente de retención.
corriente de entrada máxima
Nivel máximo de corriente al que puede funcionar el sensor durante un corto período de tiempo.
corriente de fuga
Pequeña cantidad de corriente no deseada inherente en los interruptores de estado sólido cuando están apagados. Adquiere importancia si el voltaje en estado de apagado resultante a través de la carga conmutada es demasiado alto para que se desactive la carga.
corriente de retención Corriente atrapada por una carga cuando está energizada. También denominada “corriente sellada” de una carga.
corriente en estado abierto
Véase corriente de fuga.
corriente momentánea
Pulso de voltaje (o corriente) muy corto cuya magnitud es muchas veces mayor que el voltaje de entrada. Las corrientes momentáneas o transitorias suelen originarse a partir de una carga muy resistiva o una carga inductiva de cualquier tamaño como motores, contactores y solenoides.
corrientes parásitas
Corrientes inducidas en la superficie de una masa conductora por la velocidad del cambio del flujo magnético.
cortar
Abrir un circuito eléctrico. Véase normalmente cerrado (N.C.).
CSA
Abreviatura correspondiente a la Canadian Standards Association, organismo de pruebas. “Certificado por la CSA” indica que el producto ha sido probado y aprobado por este organismo y que cumple con los códigos eléctricos y de seguridad canadienses.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
C-7
GLOSARIO
D detección con supresión de fondo
Modo de detección fotoeléctrica difusa con un límite de alcance definido que se emplea en zonas en las que existe un fondo reflectivo próximo al objeto.
detección de haz convergente
Véase margen.
diafonía (acústica) (eléctrica) (óptica)
Acústica: ocurre cuando un sensor ultrasónico responde a la señal de un sensor ultrasónico adyacente. A menudo puede reducirse instalando pantallas acústicas entre los sensores y/o los tubos de extensión frente a la cara de detección. Eléctrica: ocurre en sensores fotoeléctricos modulados cuando la señal modulada del emisor se acopla directamente en los hilos conductores del receptor, lo cual da lugar a un estado de “seguimiento automático” del circuito de salida. Óptica: ocurre cuando un receptor fotoeléctrico responde a la luz de un emisor adyacente.
C-8
diafonía óptica
Cuando un receptor fotoeléctrico responde a la señal de un emisor contiguo.
diagnóstico
Señal de advertencia que indica la posible pérdida de datos (salida) de control debida a cambios en el ambiente.
diferencial, conmutación
Véase histéresis.
difuso gran angular
Modo de detección fotoeléctrica en el que los lentes dispersan la luz emitida/recibida en un área extensa. El ángulo de estos lentes suele ser igual o superior a 60°. El margen máximo del sensor es reducido, pero permite detectar objetos pequeños en un campo de visión amplio.
DIN
Abreviatura correspondiente al Deutsches Institute für Normung, comité alemán de normalización.
diodo
Semiconductor de dos capas que permite el flujo de corriente en una dirección y que inhibe el flujo de corriente en dirección contraria.
diodo emisor de luz
Véase LED (diodo emisor de luz).
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
GLOSARIO
diodo láser
Fuente de luz láser electrónica diminuta a base de silicona.
diodo Zener
Componente electrónico empleado como regulador de voltaje basándose en sus características de disipación de la energía y su capacidad para detener el flujo invertido.
disipación de potencia Potencia consumida y convertida en calor en circunstancias de funcionamiento normal (watios/miliwatios (CC) o voltiosamperios (CA)).
distancia de barrido
Véase distancia de detección.
distancia de detección
Distancia entre el sensor y un objeto estándar a la cual se obtendrá una detección precisa y eficaz.
distancia de detección máxima
Distancia más larga a la que el sensor puede detectar un objeto en condiciones óptimas.
distancia de detección mínima
Límite inferior del intervalo de detección específico de un sensor ultrasónico o fotoeléctrico.
distancia de detección nominal
La distancia de detección nominal se mide desde la cara del sensor hasta el punto más próximo del objeto que se desea detectar. Por norma general se utiliza el acero como objeto estándar para establecer la distancia de detección nominal.
distancia de operación asegurada
Véase distancia de detección nominal.
distancia de operación máxima
Véase distancia máxima de detección.
distancia de operación mínima
Véase distancia de detección mínima.
distancia de operación nominal
Véase distancia de detección nominal.
doble salida
Véase salida complementaria.
DPDT, retardo
Abreviatura correspondiente a Double-Pole Double-Throw (doble polo, doble encendido). Relé con dos contactos monopolares bidireccionales operados simultáneamente por una misma acción. Véase SPDT.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
C-9
GLOSARIO
drenaje
Salida de un dispositivo de CC que conmuta la corriente de tierra (común para CC) a una carga. La carga se conecta entre la salida del dispositivo y el lado positivo de la fuente de energía. El componente de conmutación suele ser un transistor colector NPN con su emisor conectado al lado negativo del voltaje de entrada CC.
drenaje de corriente
Véase drenaje.
E
C-10
ECKO
Véase oscilador neutralizado de corrientes parásitas, principio.
eje de referencia
Eje perpendicular que pasa a través del centro de la cara del sensor.
emisor (fotoeléctrico)
Fuente de luz dentro de cualquier sensor fotoeléctrico (LED, luz incandescente, diodo láser).
entrada
Señal aplicada a un circuito para indicar el estado de una máquina o proceso, o utilizada para iniciar acciones controladas.
escáner
Véase sensor fotoeléctrico.
escáner de reflexión angular
Interruptor de proximidad fotoeléctrico en el que los ejes ópticos del emisor y del receptor de la luz forman un ángulo (DIN 440 30).
estado sólido
Circuitos y componentes que utilizan semiconductores sin partes móviles. Ejemplo: transistores, diodos, etc.
extremo de detección
Extremo de cualquier cable de fibra óptica en el que se localizan los objetos que se desea detectar. Véase fibra (óptica) bifurcada, fibra (óptica) individual.
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
GLOSARIO
F factores de corrección
Factores de multiplicación sugeridos que tienen en cuenta variaciones en la composición del material que se desea detectar. Para representar la distancia de detección real debe multiplicarse este factor por la distancia de detección nominal.
Factory Mutual Research (FM)
Organización que prueba y aprueba productos para ubicaciones peligrosas.
férrico
Compuesto de hierro o que contiene hierroo. Presenta características magnéticas.
FET (transistor de efecto de campo)
Semiconductores empleados como salida basándose en su capacidad para conmutar tanto CA como CC, su baja caída de voltaje en estado cerrado y su baja corriente de pérdida en estado abierto. No toleran la corriente de entrada típica de las cargas inductivas.
fibra óptica
Fibra transparente de vidrio o plástico empleada para conducir y guiar energía luminosa. Se utiliza en sensores fotoeléctricos como “tubos de luz” para conducir la luz de detección hacia dentro y hacia fuera del área de detección.
fibra (óptica) bifurcada
Estructura de fibra óptica ramificada para combinar la luz emitida con la luz recibida en la misma estructura.
fibra óptica de plástico
Véase fibra óptica.
fibra óptica de vidrio
Véase fibra óptica.
fibra (óptica) individual
Conjunto de fibra óptica que sólo tiene un extremo de control y un extremo de detección.
filtro
Filtro óptico que deja pasar ondas luminosas con intervalos de longitud de onda específicos y que bloquea los demás intervalos de longitud de onda.
filtro antideslumbramiento
Véase filtro polarizante.
filtro polarizante
Lámina de plástico que orienta la mayor parte de la luz que la atraviesa a un mismo plano.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
C-11
GLOSARIO
flujo magnético
Líneas de fuerza de un campo magnético generado por una bobina inductiva.
forma de onda
Forma geométrica obtenida al representar una característica del voltaje o corriente en función del tiempo. El voltaje de líneas CA produce una forma de onda sinusoidal.
fotodiodo
Diodo semiconductor en el que la corriente invertida varía dependiendo de la iluminación. Se caracteriza por la linealidad de su salida sobre varias magnitudes de intensidad de luz, un tiempo de respuesta muy rápido y un margen amplio de respuesta al color.
frecuencia de conmutación
Número máximo de veces por segundo que el sensor puede cambiar de estado (encendido y apagado). Suele expresarse en hercios (Hz).
frecuencia luminosa
Frecuencia de la luz modulada.
fuente
Salida de un dispositivo CC que conmuta corriente CC positiva a una carga. La carga está conectada entre la salida del dispositivo y la tierra (común de CC) de la fuente de energía. El componente de conmutación suele ser un transistor colector PNP abierto con su emisor conectado al lado positivo del voltaje de entrada.
fuente de corriente
Véase fuente.
fuente de luz modulada
LED que emite luz pulsada, permitiendo que un sensor fotoeléctrico ignore la luz ambiental.
fuerza de operación
Fuerza lineal en la dirección diseñada aplicada al accionador del interruptor para que los contactos se desplacen a la posición de operación.
G
C-12
ganancia excesiva
Véase margen.
gráfica de deriva térmica
Gráfica que representa la variación del funcionamiento de un sensor debida a cambios en las temperaturas.
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
GLOSARIO
H haz efectivo
Porción de un haz que debe interrumpirse lo suficiente como para que el objeto se detecte en forma precisa.
haz transmitido
Modo de detección fotoeléctrica en el que el emisor y el receptor se encuentran uno al frente del otro de manera que la luz del emisor choca directamente en el receptor. El objeto que se desea detectar debe interrumpir el haz de luz entre ambos dispositivos.
hercio (Hz)
Unidad internacional de frecuencia equivalente a un ciclo por segundo.
histéresis
Porcentaje de diferencia para la distancia de detección nominal entre los puntos de operación (encendido) y liberación (apagado) cuando el objeto se aleja de la cara del sensor. Sin una histéresis suficiente, el sensor de proximidad se activará y desactivará continuamente si se aplica una vibración importante al sensor o al objeto.
I IEC
Abreviación correspondiente a la International Electrotechnical Commission, organismo con sede central en Ginebra, Suiza, encargado de redactar y distribuir normas de seguridad y funcionamiento recomendadas para productos y componentes eléctricos.
impedancia
Oposición en un circuito eléctrico al flujo de corriente alterna (CA) a una frecuencia determinada. La impedancia consta de resistencia, reactancia inductiva y reactancia capacitiva. Se mide en ohmios.
impulso
Cambio en el punto de operación.
incrustable
Véase sensor blindado.
indicador de estado
LED empleado para indicar que el sensor ha cambiado de estado.
indicador de la intensidad de la señal
Véase indicación del margen.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
C-13
GLOSARIO
C-14
indicador de potencia
Indicador (generalmente un LED) que señala la aplicación del voltaje de operación a un sensor.
indicación del margen
LED empleado para señalar una intensidad luminosa suficiente o una advertencia de una intensidad luminosa insuficiente.
inductancia
Propiedad de un circuito eléctrico por la que se induce una fuerza electromotriz (fem) en él mediante un cambio de corriente en el propio circuito o en un circuito próximo.
infrarrojo
Energía luminosa invisible que comienza a partir de una longitud de onda de 690 nm. Los LED infrarrojos se utilizan como emisor en sensores fotoeléctricos. Véase LED (diodo emisor de luz).
inmunidad al campo de soldadura (ICS)
Capacidad de un sensor de no producir una activación falsa ante campos electromagnéticos intensos.
interferencia de radiofrecuencia (IRF)
Interferencia causada por la radiación electromagnética a frecuencias de radio en circuitos electrónicos sensibles. La IRF puede ser generada por equipos de radiocontrol, controles de motor de velocidad gradual, tubos de rayos catódicos, computadoras, radiotransmisores, comunicaciones de servicios públicos, radioemisoras comerciales u otras fuentes. La IRF se produce generalmente a una frecuencia específica o dentro de un intervalo específico de frecuencias. Debido a esto, un instrumento electrónico puede verse claramente afectado por la presencia de IRF, mientras que un instrumento similar en la misma zona puede parecer completamente inmune.
interferencia electromagnética (IEM)
Ruido eléctrico que puede interferir con el funcionamiento apropiado de sensores, controladores lógicos programables, contadores, registradores de datos y otros equipos electrónicos sensibles. Las fuentes habituales de IEM son los controles y aparatos luminosos, los motores, los generadores y los contactores.
interrogación
Véase compuerta.
interruptor de acción ultrarrápida de precisión
Interruptor electromecánico de características predeterminadas y controladas con precisión, con una rápida conexión y corte de los contactos por resorte.
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
GLOSARIO
interruptor de contactos mantenidos
Los contactos permanecen cerrados tras la liberación del accionador hasta su rearme.
interruptor de proximidad de tres hilos
Sensor de proximidad de CC o CA con tres hilos, dos de los cuales suministran energía y el tercero conmuta la carga.
interrupción del haz
Véase haz transmitido.
interruptor momentáneo
Interruptor con contactos que vuelve del estado accionado al estado normal cuando desaparece la fuerza accionadora.
L láser
Dispositivo electrónico activo que convierte la energía de entrada en un haz angosto e intenso de luz visible o infrarroja. Término derivado del inglés “Light Amplification by Stimulated Emission Radiation” (amplificación de luz por radiación de emisión estimulada).
LED (diodo emisor de luz)
Fuente luminosa de estado sólido que genera diversos colores de luz.
lente
Componente óptico de un sensor fotoeléctrico que enfoca los rayos de luz emitidos y/o enfoca los rayos de luz sobre el receptor.
lógica
Modificación de una señal de entrada que produce una respuesta de salida retardada, pulsada, retenida o de cualquier otro tipo.
lógica de retardo
Función de temporización que modifica la respuesta de una salida.
longitud de onda
Distancia recorrida por la luz al completar una onda sinusoidal completa. Se expresa en nanómetros (nm). Cada color tiene una longitud de onda específica.
luz ambiental
Iluminación de un receptor no generada por su fuente luminosa, o luz procedente de una fuente externa además de la luz
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
C-15
GLOSARIO
irradiada por la fuente del detector fotoeléctrico sobre el detector del dispositivo.
luz polarizada
Luz cuyas ondas tienen la misma orientación. La luz natural está compuesta de ondas que tienen diferentes orientaciones. Los sensores fotoeléctricos con filtros polarizantes emiten y detectan ondas de luz con una polarización específica y rechazan la luz no deseada de otras polarizaciones.
luz roja
Luz visible en el espectro del rojo entre 600 y 780 nm. Los LED rojos emiten luz roja a una longitud de onda de 630 a 690 nm.
M marca de registro
Marca impresa en el embalaje. Esta marca se utiliza como punto de referencia límite en aplicaciones de empaquetado, plegado o en embolsadoras.
margen
Medida de la luz que llega al fotodetector en relación con la luz mínima necesaria para operar el amplificador del sensor al cruzar su nivel límite. El cálculo se expresa como una relación de números enteros. La ecuación correspondiente es: Margen = Energía luminosa que llega al receptor Umbral del amplificador El margen, representado con respecto a la distancia de detección, se utiliza para predecir la confiabilidad de un sensor fotoeléctrico considerando las condiciones ambientales. La optimización del margen aumenta la precisión del sensor.
C-16
margen de detección
Modo de haz transmitido: la distancia entre el emisor y el receptor. Modo retrorreflectivo: la distancia entre el sensor y el retrorreflector. Modo difuso: la distancia entre el sensor y el objeto detectado. Véase modo de haz transmitido, modo retrorreflectivo, modo difuso.
margen de operación
Véase margen.
metal no férrico
Cualquier metal que no contiene hierro o que no tiene tendencias magnéticas.
microsegundo
Millonésima parte de un segundo. 1 microsegundo = 0,000001 segundos. Abreviatura: µs.
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
GLOSARIO
milisegundo
Milésima parte de un segundo. 1 milisegundo = 0,001 segundos. Abreviatura: ms.
modo de detección
Disposición de los componentes (emisores, receptores, reflectores, etc.) en una aplicación de detección.
modo de detección a través del haz
Véase haz transmitido. pequeños que permanecen dentro de la profundidad de campo del sensor.
modo de detección con oposición
Véase haz transmitido.
modo de detección de foco fijo
Variación especial de la detección fotoeléctrica difusa que utiliza dispositivos ópticos adicionales para crear una imagen pequeña, intensa y bien definida a una distancia fija de la superficie frontal del lente del sensor. La detección de foco fijo es la primera opción para la detección fotoeléctrica de objetos
modo de detección de proximidad
Véase modo de detección difusa.
modo de detección difusa
Modo de detección de proximidad fotoeléctrica en el que la luz procedente del emisor choca sobre la superficie de un objeto con un ángulo arbitrario y es detectada cuando el receptor captura un pequeño porcentaje de la luz difundida. También se conoce como “modo de reflexión directa” o “modo de proximidad” fotoeléctrico.
modo de detección especular
Modo de detección fotoeléctrica en el que se montan un emisor y un receptor en ángulos iguales y opuestos con respecto al ángulo perpendicular de una superficie muy reflectiva (como un espejo). La distancia desde la superficie brillante a los sensores debe ser constante.
modo de detección retrorreflectivo
Sensor que contiene un emisor y un receptor y que establece un haz de luz entre un retrorreflector y el propio sensor. Un objeto es “detectado” cuando interrumpe este haz.
modo de operación
Nivel de intensidad específico (luz u oscuridad) que activa un circuito de salida fotoeléctrico. Véase modo de operación por luz (L.O. o L/O), modo de operación por oscuridad (D.O. o D/O).
modo de operación por luz (L.O. o L/O)
Modo de funcionamiento de un sensor fotoeléctrico en el que la salida se activa (o comienza la lógica de retardo) cuando la
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
C-17
GLOSARIO
intensidad luminosa sobre el fotodetector aumentado suficientemente.
C-18
modo de operación por oscuridad (D.O. o D/O)
Modo de operación de un sensor fotoeléctrico en el que el circuito de salida se energiza (o comienza la lógica de retardo) cuando la intensidad de la luz sobre el fotodetector ha disminuido suficientemente por debajo del umbral del fotodetector.
módulo lógico
Accesorio de sistemas de detección que interpreta una o más señales de entrada procedentes de sensores y las modifica para controlar un proceso.
monopulso
Lógica de temporización en la que un pulso de salida temporizado comienza en el lateral de disparo de una señal de entrada. El pulso siempre tiene la misma duración idependientemente de la longitud de la señal de entrada. La salida no puede reactivarse hasta que la señal de entrada desaparezca y vuelva a aplicarse.
monopulso a la conexión
Lógica de temporización que combina la temporización a la conexión y monopulso en una única función. La señal de entrada debe estar presente durante al menos el tiempo de retardo a la conexión para que se produzca un monopulso temporizado. Véase monopulso.
monopulso retardado
Lógica de temporización en la que una señal de entrada inicia un período de retardo ajustable, al final del cual la salida emite pulsos durante un tiempo (“espera”) ajustable. La señal de entrada puede ser momentánea o mantenida. No se produce ninguna otra acción hasta que la señal de entrada desaparece y vuelve a aplicarse, momento en el cual comienza de nuevo la secuencia.
montaje al ras
Véase sensor blindado.
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
GLOSARIO
N N.A.
Véase normalmente abierto (N.A.).
nanómetro (nm)
Unidad de longitud utilizada para especificar la longitud de onda de la energía luminosa. 1 nm = 0,00000001 m (10-9 m). Algunas longitudes de onda típicas son: LED rojos, 650 nm; LED verdes, 560 nm; LED infrarrojos, 880 ó 940 nm.
N.C.
Véase normalmente cerrado (N.C.).
NEMA
Abreviatura correspondiente a la National Electrical Manufacturers Association. La NEMA define estándares para componentes de control eléctrico en Estados Unidos.
neutralización de interferencias
Capacidad de los sensores de haz transmitido de “ver” a través de papel, cartón fino, plásticos opacos y materiales de densidad óptica similar.
nivel lógico
Hace referencia al estado de una entrada o salida de un circuito digital (no aplicable a circuitos analógicos). Siempre se encuentra en un solo tipo de voltaje: “bajo”, voltaje generalmente inferior a 2 voltios medidos con respecto a tierra, y “alto”, voltaje de algún valor nominal, generalmente ± 2 voltios de la corriente positiva.
no blindado
Sensor cuya distancia de detección es mayor y cuyo campo magnético es más ancho; sin embargo, es sensible al metal circundante.
no incrustable
Véase no blindado.
no inflamable
Incapacidad en condiciones normales de funcionamiento para producir la ignición de una mezcla peligrosa.
no lógico
Circuito en el que ninguna entrada está cerrada y aun así recibe corriente.
nominal, distancia de detección
Véase distancia de detección nominal.
normalmente abierto (N.A.)
La salida se “cierra” en estado accionado; la salida se “abre” en estado de reposo (normal).
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
C-19
GLOSARIO
normalmente alto
Véase normalmente cerrado.
normalmente bajo
Véase normalmente abierto.
normalmente cerrado (N.C.)
La salida se “abre” en estado accionado; la salida se “cierra” en estado de reposo (normal).
NPN, salida
Véase drenaje.
O Objeto
1. Objeto estándar empleado para definir el rango de detección de un sensor. 2. Elemento o pieza que se detecta.
C-20
objeto estándar
Véase objeto.
ohmio
Unidad de medida de la resistencia y la impedancia. Resistencia a través de la cual fluye una corriente de 1 amperio cuando se aplica 1 voltio.
Ohm, ley de
E = I x R. La corriente (I) es directamente proporcional al voltaje (E) e inversamente proporcional a la resistencia total (R) de un circuito.
ondulación
Componente del voltaje CA en la salida de una fuente de energía CC. Componente alterno del voltaje de un rectificador o generador. Ligera fluctuación de la intensidad de una corriente estacionaria. Suele expresarse como porcentaje del voltaje de entrada. La ondulación puede suprimirse (“alisarse”) mediante filtrado por capacitores. La mayoría de los dispositivos de CC requieren una ondulación inferior al 10% para funcionar en forma precisa.
opaco
Término empleado para describir un material que bloquea el paso de energía luminosa. La “opacidad” es la capacidad relativa de un material de obstruir el paso de la luz.
operación en serie
Véase AND, lógica.
OR, lógica
Función lógica en la que la presencia de cualquier condición de entrada definida activa una carga (A o B o C = salida). Suele crearse conectando todas las salidas en paralelo a una carga.
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
GLOSARIO
oscilación
Cambio periódico en una variable, como la amplitud de onda de una corriente alterna.
oscilador neutralizado de corrientes parásitas (ECKO), principio
Los sensores de proximidad generalmente constan de cuatro elementos principales: un conjunto de núcleo de ferrita y bobina, un oscilador, un convertidor/detector y un dispositivo de salida. El oscilador crea un campo de radiofrecuencia definido por la bobina y el núcleo. Cuando se coloca un objeto en este campo, se generan corrientes parásitas en la superficie de dicho objeto. El oscilador, al ser un dispositivo de energía limitada, reduce (neutraliza) su amplitud al generarse las corrientes parásitas. El convertidor/detector rectifica la señal de CA a CC y la compara con un valor predefinido. La salida es activada cuando se mide una diferencia de valores.
P par motor de operación
Par motor que debe aplicarse al accionador para que el contacto móvil se desplace a la posición de operación de los contactos.
PNP, salida
Véase fuente.
posición de operación de los contactos
Posición a la que los contactos se desplazan cuando el accionador es desviado hasta la posición de operación del accionador, o más allá.
posición de rearme del accionador
Posición del accionador en la que los contactos se mueven de la posición operativa a la posición “normal”.
posición libre del accionador
Posición inicial del accionador en la que no hay ninguna fuerza externa (salvo la gravedad) aplicada al accionador.
posición normal de los contactos
Posición de los contactos en la que no se aplica ninguna fuerza operativa.
posición operativa del accionador
Posición del accionador en la que se operan los contactos.
potencia óptica
Potencia o intensidad de la luz proyectada disponible desde un emisor específico; intensidad del haz.
predesplazamiento
Recorrido para operar los contactos desde la posición libre del accionador.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
C-21
GLOSARIO
profundidad de campo Véase distancia de detección máxima. protección contra corrientes momentáneas
Circuitos cuya finalidad es proteger el sistema frente a picos inducidos en las líneas de alimentación por fuentes inductivas, como motores pesados o solenoides al encenderse y apagarse.
protección contra cortocircuitos
Capacidad de un dispositivo o circuito de salida de estado sólido para seguir funcionando, sin daños, ante un cortocircuito de manera indefinida o durante un período definido de tiempo.
protección contra sobrecargas
Capacidad de un sensor de soportar corrientes de carga entre una carga continua y un cortocircuito sin verse dañado.
protección frente a polaridad inversa
Circuito que utiliza un diodo para evitar que se dañe el control en caso de que la polaridad de la fuente de energía se invierta accidentalmente.
protección frente a pulsos falsos
Circuitos diseñados para evitar pulsos falsos durante las operaciones de encendido y apagado, o para desactivar la salida de un sensor o sistema de detección hasta que el circuito de alimentación eléctrica tenga tiempo de estabilizarse al nivel de voltaje apropiado.
pulso
Cambio rápido y brusco de un valor normalmente constante, o de cambio relativamente lento como el voltaje, la corriente o la intensidad de la luz. Un pulso se caracteriza por un ascenso y un descenso y tiene una duración finita.
pulso falso
Cambio de estado no deseado de la salida que suele ocurrir durante el encendido o apagado.
R
C-22
radio de curvatura
Véase radio de curvatura mínimo.
radio de curvatura mínimo
Radio mínimo de curvatura que puede soportar un paquete de fibras ópticas sin que se rompan las fibras.
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
GLOSARIO
reactivable
Uno de dos tipos de lógica de temporización de monopulso. El pulso de salida de un monopulso reactivable se reinicia con cada entrada. La salida permanecerá activada siempre que el tiempo entre entradas consecutivas sea más corto que el tiempo del monopulso.
rebote de los contactos
Cuando el par de contactos se cierra, los contactos se conectan y desconectan varias veces antes de que se establezca un estado cerrado estable. El rebote de los contactos no es una característica de los contactos de interruptores de estado sólido.
receptor
Componente electrónico, sensible a la intensidad de la luz o a ondas ultrasónicas, que se combina con circuitos asociados y dispositivos de salida.
recorrido diferencial (recorrido para rearmar los contactos)
Ángulo o distancia en la que el accionador se desplaza desde la posición de operación de los contactos hasta la posición libre; distancia entre el punto de operación y el punto de liberación. Véase histéresis.
recorrido máximo
Véase recorrido total.
recorrido total
Suma del predesplazamiento y el posdesplazamiento.
rectificador
Dispositivo que convierte la corriente alterna en corriente continua.
reflectividad (relativa)
Medida de la eficacia de la superficie de cualquier material como reflector de la luz, en comparación con una tarjeta blanca de pruebas de Kodak a la que se asigna arbitrariamente una reflectividad del 90%. La reflectividad relativa tiene gran importancia en los modos de detección fotoeléctrica difusa en los cuales cuanto más reflectivo es un objeto, más fácil es de detectar.
reflector de elementos en vértice cúbico
Véase retrorreflector.
reflejo
Véase modo retrorreflectivo.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
C-23
GLOSARIO
C-24
reflexión
Retorno de la luz que choca en el límite entre dos medios. La reflexión regular o especular es la reflexión en la que la luz retorna en una sola dirección. Si se dispersa en varias direcciones, la reflexión se denomina “difusa”.
refracción
“Desviación” de los rayos de luz al atravesar el límite entre dos medios con índices de refracción diferentes. Por ejemplo, del aire al agua o del aire a un vidrio o plástico.
relación de señal
En términos generales, la comparación de la luz vista por un detector de luz cuando el haz es bloqueado con respecto a la luz vista cuando el haz no está bloqueado. Véase margen.
repetibilidad
Precisión de repetición de la distancia de operación de un sensor medida a temperatura de prueba estándar y con un voltaje constante.
resistencia
Oposición al flujo de corriente eléctrica. Propiedad de un material que se opone al paso de la corriente eléctrica y que da lugar a la disipación de energía en forma de calor. La resistencia se mide en ohmios.
resistencia variable de óxido metálico (MOV)
Componente diseñado para proteger de daños a los dispositivos de salida de estado sólido y equipos electrónicos.
resistor
Dispositivo que limita el flujo de electrones en un circuito eléctrico.
resistor de conexión
Resistor conectado a la salida de un dispositivo para mantener el voltaje de esa salida a un nivel mayor que el de transición de entrada. Suele conectarse entre la salida de un dispositivo drenador (NPN) y el voltaje de alimentación positiva de una compuerta lógica.
resistor de desconexión
Resistor conectado a través de la salida de un dispositivo o circuito para mantener la salida igual o inferior a cero. Suele conectarse a un voltaje negativo o a tierra.
respuesta al papel blanco
Procedimiento de calibración realizado con sensores retrorreflectivos para eliminar la respuesta al papel blanco con una reflectancia del 90%.
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
GLOSARIO
retardo de tiempo a la conexión
Lógica de temporización en la cual el retardo comienza en el lateral de disparo de una señal de entrada, pero la salida sólo se activa una vez transcurrido un período de tiempo de retardo a la conexión predefinido. La salida cesa inmediatamente en el lateral de retardo de la señal de entrada. Si la señal de entrada no está presente durante el período de retardo a la conexión, no se produce la salida. Si la señal de entrada desaparece momentáneamente y luego vuelve a establecerse, el retardo a la conexión comienza de nuevo desde el principio.
retardo de tiempo a la conexión/desconexión
Lógica de temporización que combina la temporización a la conexión y la temporización a la desconexión en una única función.
retardo de tiempo a la desconexión
Lógica de temporización en la que la salida se activa inmediatamente cuando hay una señal de entrada. El retardo a la desconexión comienza en el lateral de retorno o descendente de la señal de entrada, manteniendo activada la salida. Si se recibe una nueva señal de entrada durante el período de retardo, se reinicia el temporizador y el período de retardo a la desconexión comienza de nuevo en el lateral de retorno de la nueva señal de entrada. La salida se desactiva tras la desaparición de la entrada y una vez concluida la temporización del lateral de retorno.
retardo previo a la disponibilidad
Véase protección frente a pulsos falsos.
retrorreflector
Objeto estándar empleado para devolver la luz emitida directamente al sensor. El tipo más eficaz tiene geometría de vértice cúbico. Las cintas reflectantes utilizan gotas de vidrio o vértices cúbicos más pequeños y menos eficaces.
ruido (eléctrico)
Energía no deseada que hace que los dispositivos funcionen erróneamente.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
C-25
GLOSARIO
S salida
Dispositivo eléctrico, ya sea de estado sólido o de contactos, que dirige la energía para accionar una carga o proporciona una indicación del estado del sistema.
salida aislada
Salida separada óptica o eléctricamente del resto del sistema de control.
salida analógica
Salida de un sensor que varía en un intervalo de voltaje (o corriente) y que es proporcional a un parámetro de detección (a diferencia de una salida digital). La salida de un sensor fotoeléctrico analógico es proporcional a la fuerza de la señal luminosa recibida. La salida de un sensor de proximidad ultrasónico analógico es proporcional a la distancia del sensor al objeto que devuelve la señal de eco.
salida bipolar
Véase salida complementaria.
salida complementaria
1. Circuito de salida con un dispositivo de salida doble en el que una salida está normalmente abierta y la otra está normalmente cerrada o desactivada. Salida en la que es posible la operación por luz y por oscuridad. También conocida como controles CC de 4 hilos. 2. Configuración de doble salida de un dispositivo sensor de CC en la que el interruptor de salida es un dispositivo drenador (transistor NPN) y el otro interruptor de salida es un dispositivo de fuente (transistor PNP).
C-26
salida digital
Circuito de salida o salida de un sensor que sólo tiene dos estados de operación: “encendido” o “apagado”. Estos estados operativos a menudo se designan como “alto” o “bajo”.
salida lineal
Salida de un sensor analógico que guarda relación lineal con un parámetro de detección (vale decir, la distancia de detección).
salida programable
Salida que puede cambiarse de N.A. a N.C. o N.C. a N.A. mediante un interruptor o un hilo de puente.
salida seleccionable
Véase salida programable.
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
GLOSARIO
seguridad intrínseca
Técnica de diseño aplicada a equipos eléctricos (sensores e interruptores) y cables para ubicaciones peligrosas. Esta técnica consiste en la limitación de energía térmica y eléctrica a un nivel inferior al necesario para la ignición de una atmósfera peligrosa específica.
semiconductor
Material de componentes electrónicos cuya resistencia varía cuando se expone a niveles de energía fluctuantes.
sensibilidad espectral Capacidad de un detector para “ver” las diferentes longitudes de onda (colores) de la luz.
sensibilización instantánea
Aplicación de una señal externa a un sensor para prevenir un funcionamiento no deseado.
sensor blindado
Sensor que puede montarse al ras en el metal hasta la cara de detección y que “detecta” únicamente lo que hay enfrente de su cara.
sensor capacitivo
Los sensores de proximidad capacitivos son activados por un cambio en el campo electrostático circundante. El transductor de un sensor capacitivo está configurado para actuar como placa de un condensador (o capacitor). La propiedad dieléctrica de cualquier objeto presente en el campo de detección aumenta la capacitancia del circuito transductor y, a su vez, cambia la frecuencia del circuito oscilador. Un circuito detector capta este cambio en la frecuencia y produce un cambio de estado de la salida.
sensor de dos hilos
Sensor diseñado para conectarlo en serie con su carga, exactamente igual que un interruptor de final de carrera. Un sensor de dos hilos con una salida de estado sólido se mantiene activado cuando la carga está apagada por medio de una “corriente de fuga” que fluye a través de la carga.
sensor de proximidad
Dispositivo empleado para detectar la proximidad de un objeto. Los diferentes métodos de detección de proximidad son: 1. inductivo (detección de metales) 2. capacitivo 3. ultrasónico
Los sensores fotoeléctricos, que operan en el modo difuso, también pueden considerarse como sensores de proximidad.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
C-27
GLOSARIO
sensor de proximidad inductivo
Sensor con un oscilador y una bobina que irradia un campo electromagnético que induce corrientes parásitas en la superficie de objetos metálicos que se aproximan a la cara del sensor. Las corrientes parásitas suelen reducir la energía del oscilador. Esta pérdida de energía es detectada como una caída de voltaje que causa un cambio en el estado de la salida del sensor. A menudo se conoce como “sensor de proximidad”.
sensor de velocidad
Lógica de temporización en la que las condiciones de velocidad excesiva o insuficiente son detectadas por un circuito que monitorea y calcula constantemente el tiempo entre las señales de entrada, y compara dicho tiempo con una referencia predefinida.
sensor fotoeléctrico
Dispositivo que detecta cambios en la intensidad de la luz y activa un circuito de salida.
sensor remoto
Componente óptico de un sensor fotoeléctrico independiente situado separado de la corriente, la salida y los circuitos asociados.
sistema de componentes
Véase controles separados.
sobredesplazamiento
Movimiento del accionador que va más allá de la posición de operación de los contactos.
SPDT
Simple polo, doble encendido (Single Pole Double Throw): conjunto de contactos de los cuales uno está “abierto” cuando el otro está “cerrado.”
SPST
Simple polo, simple encendido (Single Pole Single Throw): relé con un solo contacto que está normalmente cerrado o normalmente abierto.
T
C-28
técnica de barrido
Véase modo de detección.
temperatura de operación
Intervalo real en el que pueden utilizarse los sensores. El uso fuera de estos límites de temperatura causará una pérdida de estabilidad, cambios en el punto de operación y un posible daño permanente del sensor. La distancia de detección nominal se determina a 25 °C.
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
GLOSARIO
temporizador de ciclo de repetición
Función lógica en la que una salida está sujeta a ciclos de duración de encendido y apagado específicos mientras haya una entrada.
tiempo de parada
Período de tiempo fijo o ajustable de un pulso de salida, independientemente de la duración de la señal de entrada.
tiempo de respuesta
Tiempo requerido para que la salida de un sensor responda a un cambio de la señal de entrada. El tiempo de respuesta de un sensor es extremadamente importante en la detección de objetos pequeños que se mueven a gran velocidad. También se deben considerar los espacios estrechos entre objetos contiguos al momento de comprobar que la respuesta del sensor es suficientemente rápida para una aplicación. Tiempo de respuesta del sensor necesario = Tamaño (espacio) aparente del objeto al pasar ante el sensor Velocidad del objeto al pasar ante el sensor También se denomina velocidad de respuesta. Véase frecuencia de conmutación.
tiempo de subida (niveles del 10%)
Tiempo necesario para que el valor de un voltaje analógico o de una salida de corriente se eleve desde un nivel bajo a un nivel alto.
tierra
Vía de conducción entre un circuito eléctrico y la tierra. En los sistemas de distribución de energía, corresponde a la conexión al suelo (tierra) al referirse a una toma de tierra de un conducto o máquina. En sistemas electrónicos, hace referencia a la toma de tierra de una carcasa electrónica o envolvente o a corriente CC común (voltaje al lado negativo de una fuente de alimentación de CC).
transductor
Dispositivo que convierte energía de una forma en otra. Se utiliza cuando la magnitud de la energía aplicada se convierte a una señal que varía de manera proporcional a las variaciones de la energía aplicada.
transductor fotoeléctrico
Véase fotodiodo.
transistor
Chip diminuto de material cristalino, generalmente silicona, que amplifica o conmuta la corriente eléctrica.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
C-29
GLOSARIO
translúcido
Término empleado para describir materiales que permiten el paso de la luz.
transmisión
Paso de luz a través de un medio. Si la luz se dispersa, recibe el nombre de “transmisión difusa”.
triac
Elemento de conmutación de estado sólido empleado para el voltaje de control CA. Generalmente tiene una capacidad de corriente baja y una corriente de pérdida alta.
U UL
Abreviatura para Underwriter’s Laboratories, Inc., organización sin fines de lucro que establece, mantiene y utiliza laboratorios para examinar y probar dispositivos, sistemas y materiales principalmente con respecto a su seguridad. Cuando un producto cumple con esta norma, se le imprime la marca UL.
ultrasonido
Energía sonora emitida a una frecuencia justo por sobre el intervalo audible para el ser humano (por encima de 20 kHz).
umbral
Voltaje que, en un circuito de control fotoeléctrico, provoca un cambio de estado de la salida del sensor. Este nivel de voltaje está directamente relacionado con la cantidad de luz que choca en el receptor fotoeléctrico. El umbral corresponde al valor de la señal recibida que representa un margen de 1x. El control de sensibilidad (cuando se dispone de uno) ajusta el nivel umbral o límite del voltaje.
umbral de conmutación
Véase umbral.
V
C-30
voltaje
Término empleado para referirse a la diferencia de energía eléctrica entre dos puntos y que es capaz de producir un flujo de corriente cuando se conecta una línea cerrada entre los dos puntos.
voltaje de entrada
Intervalo de energía necesario para mantener el correcto funcionamiento de un sensor fotoeléctrico, un sensor de proximidad o una base de control.
Fundamentos de la detección de presencia
Rockwell Automation/Allen-Bradley
GLOSARIO
voltaje de la red
Energía de control CA típica de entre 100 V y 250 V.
voltaje de saturación
Véase caída de voltaje.
voltios
Unidad de diferencia de potencia o fuerza electromotriz. Se abrevia como V.
Z zona ciega
Distancia mínima que debe existir entre un objeto y un sensor para que éste sea capaz de detectar el objeto.
zona libre
Área situada alrededor del interruptor de proximidad que debe mantenerse libre de materiales absorbentes, como el metal, que afecten en forma adversa la precisión de la detección del objeto.
Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fundamentos de la detección de presencia
C-31
Visite nuestro sitio web: http://www.ab.com
View more...
Comments
