Sensores: Tipos Y Aplicaciones En La Automatización Y El Control.

Un sensor es un dispositivo electrónico que es capaz de detectar e interpretar señales ambientales para generar datos relevantes. Los sensores comúnmente se usan en aplicaciones de automatización y control para procesar información de ambientes físicos, contribuyendo con la toma de decisiones. Existen diferentes tipos de sensores, cada uno especializado en captar determinado tipo de información. Estos dispositivos son indispensables para la realización de actividades en la manufactura, en el control de procesos industriales, en los sistemas de vigilancia, etc.

En el presente artículo exploraremos los diferentes tipos de sensores, así como sus principales aplicaciones en la automatización y el control:

• Sensores ópticos: son dispositivos capaces de detectar y medir la luz, los cuales se usan principalmente para la detección y monitoreo de objetos u obstáculos en un sistema de control.
• Sensores de temperatura: estos dispositivos son los responsables de detectar cambios de temperatura en un entorno. Se emplean para regular la temperatura en diferentes procesos industriales y similares.
• Sensores de presión: son sensores que permiten medir diferentes tipos de presiones, desde las presiones atmosféricas hasta las presiones hidrostáticas. Se usan para controlar y monitorear presiones en sistemas industriales y en algunos equipos médicos.
• Sensores electromagnéticos: detectan cambios en campos magnéticos y se usan para medir distancias, velocidades y para la detección de objetos metálicos. Estos dispositivos se emplean en la industria automotriz, en sistemas de control avanzados y en aplicaciones militares.
• Sensores inertiales: son dispositivos capaces de detectar cambios en movimiento, aceleración y posición. Estos sensores se emplean ampliamente en los vehículos automotrices, robots industriales, drones, entre otros.

La tecnología de sensores forma parte fundamental de los sistemas de automatización y control, ya que son los encargados de procesar información externa y convertirla en datos significativos para mejorar los procesos y/o la toma de decisiones. Gracias a la evolución de la tecnología y la baja en los costos de sus dispositivos, la utilización de sensores se ha popularizado y ahora hay numerosas aplicaciones en la industria, en la agricultura, en los transportes, en el ámbito de la salud, entre otros.

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¿Qué es un Sensor Industrial? Parte 1 - SIGMA IMECSA

¿Cuáles son los tipos de sensores más comunes en la automatización y el control?

Los sensores son un elemento fundamental en la automatización y el control ya que nos permiten recopilar información y realizar acciones según las señales recibidas. Los tipos de sensores más comunes son los siguientes:

• Sensor de temperatura: Utiliza un termopar u otro dispositivo para medir temperaturas dentro de un sistema.
• Sensor de presión: Mide los líquidos, gases y vapor con diferentes sistemas mecánicos.
• Sensor óptico: Estos detectan luz, reflectancia, color, distancia, etc.
• Sensor magnético: Detecta la variación en los campos magnéticos para la detección de movimiento, rotaciones, etc.
• Sensor de desplazamiento: Utilizado para detectar o medir desplazamientos relativos entre superficies.
• Sensor de nivel: Empleado para detectar niveles de líquido, polvos, etc.
• Sensor de caudal: Utilizado para medir el caudal de fluidos en un proceso.
• Sensor de vibración: Indica el movimiento, la aceleración y la velocidad de un objeto.
• Sensor de posición angular: Usado para indicar la rotación de un objeto.
• Sensor de presencia: Detector de presencia de personas o objetos en un espacio.

Cada uno de estos sensores tiene aplicaciones específicas en la automatización y control. Son utilizados para detectar fallas, monitorear temperaturas, indicar la posición de los componentes, optimizar la producción, reducir los tiempos de fabricación, etc. Todos ellos, junto con elemntos complementarios como actuadores y válvulas, forman parte de los sistemas de automatización y control.

¿Cómo se conectan los diferentes tipos de sensores a sistemas de control?

Conectar los sensores a los sistemas de control es una forma esencial para que el sistema sea capaz de medir los parámetros relevantes en tiempo real. Dependiendo del tipo de sensor, se conecta de diferentes formas, aquí te explico cada una:

Sensores resistivos: Estos sensores se conectan en líneas con un circuito de medición de corriente, 4 terminales para cerrar el circuito, y los dos restantes para medir la resistencia.

Sensores capacitivos: Estos sensores tienen un comportamiento similar al resistor pero además disponen de una bobina. Por lo general, se conectan a los sistemas de control usando un circuito con 4 terminales, donde una se conecta a tierra, otra para proporcionar la alimentación y las otras dos para la medición.

Sensores inductivos: Estos sensores se conectan de modo similar a los sensores resistivos, pero se conoce como método de bobinado. Se usa una bobina para almacenar energía magnética y además se requiere un dispositivo externo para medir la variación producida.

Sensores ultrasónicos: Estos sensores tienen la capacidad de generar señales de onda de ultrasonidos que se reflejan en los objetos y finalmente retornan al emisor. Esto se logra mediante un circuito electrónico externo que envía y recibe la señal para el control del sistema.

Sensores ópticos: Estos sensores están diseñados para identificar objetos, suelen ser muy precisos por lo que suelen usarse para detección de posición. Estos sensores se conectan normalmente a través de un circuito de conexión externo que permita controlar los pulsos de luz emitidos en respuesta a la información detectada.

En general, la mayoría de los sensores se conectan a los sistemas de control a través de un circuito externo que permita controlar la información obtenida. Es importante conocer bien la variación de los parámetros ingresados para evitar errores en la lectura.

¿Qué parámetros se pueden medir con los sensores en la automatización y el control?

Los sensores de automatización y control son una parte importante para cualquier sistema de medición o procesamiento. Estos permiten medir parámetros como:

• Distancia
• Velocidad
• Temperatura
• Presión
• Flujo
• Humedad
• Energía
• Peso
• Vibraciones
• Nivel en líquidos y gases

Además, muchos sensores pueden tener diferentes funciones, tales como :

• Monitorear el ambiente
• Controlar variables del proceso
• Regulación de tiempos
• Monitorización de seguridad
• Regulación de flujos
• Medición de presión y temperatura

Estos sensores son capaces de obtener información de los procesos industriales y la convertir en datos que luego pueden ser procesados para obtener resultados útiles. Esto es esencial para la automatización y control, ya que permite operar los procesos con mayor precisión y eficiencia.
Finalmente, los sensores de automatización y control sirven para realizar un correcto monitoreo y procesamiento de los procesos industriales.

¿Cuáles son las principales ventajas e inconvenientes de los diferentes tipos de sensores?

Las principales ventajas e inconvenientes de los diferentes tipos de sensores dependen del tipo y la tecnología que se use. A continuación detallaremos algunas de ellas:

Sensores ópticos

Ventajas:
• Detección precisa para presencia y/o detección de materiales.
• Son sin contacto, por lo tanto son higiénicos.
• Se pueden usar en ambientes con condiciones extremas.

Desventajas:

• Son sensibles a la luz, lo que les hace inutilizables o con un rendimiento bajo en entornos con luces intensas.
• Pueden generar falsas alarmas si el objeto posee superficies reflectantes.
• Requieren una configuración minuciosa.

Sensores inductivos

Ventajas:
• Ofrecen alta sensibilidad y seguridad contra falsas alarmas.
• Son resistentes a vibraciones y polvo.
• No requieren mantenimiento.

Desventajas:

• No sirven para detectar óxido, tierra y humedad.
• No operan con materiales no ferromagnéticos.
• Requieren una fijación estable para mejorar el rendimiento.

Sensores capacitivos

Ventajas:
• Su campo de medición es muy amplio.
• Detectan el cambio de niveles de humedad y temperatura con gran precisión.
• Son resistentes a la corrosión.

Desventajas:

• Son sensibles al ruido electromagnético.
• Se deben recalibrar frecuentemente.
• Su respuesta es lenta para cambios súbitos.

En general, el tipo de sensor a elegir depende de las necesidades de cada situación particular, teniendo en cuenta además de sus características, su funcionalidad, su costo y su lector / controlador asociado.

¿Qué componentes se necesitan para construir un sistema de automatización y control usando sensores?

Para construir un sistema de automatización y control usando sensores es importante tener los elementos básicos necesarios para que el funcionamiento sea el adecuado. De entre los componentes más importantes para construir este tipo de sistemas se encuentran:

• Sensores.
• Dispositivos para la captura de la información del sensor.
• Unidades lógicas programables (ULP) para la programación de todos los procesos de la automatización.
• Una unidad de mando para actuar sobre el medio para el cual estamos haciendo el sistema de control.
• Accionadores para manipular el medio.
• Material de conexión entre los dispositivos para montar el circuito.

Además de estos componentes básicos, se pueden añadir otros complementarios como fuentes de alimentación, reguladores, interruptores, etc. para mejorar y facilitar el trabajo realizado.

¿Cómo se optimiza el uso de sensores para sistemas de automatización y control?

Optimizar el uso de sensores para sistemas de automatización y control es una tarea compleja pero fundamental. Estos dispositivos son de vital importancia para que los sistemas funcionen correctamente, lo que significa que su optimización y calibración deben ser tratados con primordial importancia para obtener los resultados deseados.

A continuación se presentan algunos consejos para lograr optimizar el uso de sensores para sistemas de automatización y control:

1. Utiliza sensores con la más alta capacidad: Los sensores modernos están diseñados para ser mucho más exactos que los dispositivos más antiguos. Hacer uso de la última tecnología asegurará que los procesos de automatización sean llevados a cabo con precisión.

2. Verifica la presión y el alcance: Es importante que los parámetros de presión y alcance sean verificados para asegurar la precisión en los resultados. Esto permitirá que el sistema trabaje sin problemas.

3. La ubicación del sensor debe ser adecuada: Para garantizar la efectividad del sistema, la ubicación del sensor debe ser tal que se ajuste perfectamente al espacio disponible y ofrezca la máxima precisión.

4. Mantén tu sistema limpio y libre de contaminantes: Es importante que los sensores se mantengan limpios y libres de contaminantes como polvo y suciedad, para que el sistema funcione de manera correcta.

5. Siempre realizar pruebas antes y después de la instalación: Esto ayudará a detectar cualquier problema y permitirá al usuario determinar si el sistema funciona como se esperaba.

De esta manera, se podrá tener un mejor control sobre los sistemas de automatización y asegurar que se obtengan los mejores resultados. La optimización adecuada permitirá que el usuario logre obtener los resultados esperados de sus sistemas de automatización.

¿Qué protocolos de comunicación son compatibles con los sensores utilizados en la automatización y el control?

Los protocolos de comunicación compatibles con los sensores utilizados en la automatización y control son:

• ModBus RTU y ModBus TCP/IP.
• Profibus y Profinet.
• EtherNet / IP.
• Siemens S5/S7.
• Sercos III.
• EtherCAT.

ModBus RTU es un protocolo de enlace de datos diseñado para conectar equipos de campo a computadoras industriales, consolas de operador y otros dispositivos. Utiliza el medio físico RS-232, RS-485 o redes Ethernet, e implementa el protocolo de transmisión de datos maestro / esclavo. Está ampliamente usado y es básico para comunicar sensores, RTU (Unidades de tratamiento remoto) y sistemas SCADA.

Profibus y Profinet son dos protocolos de comunicación de área de campo (Fieldbus) que se han desarrollado para aplicaciones industriales específicas. El Profinet protocol, basado en Ethernet, fue específicamente diseñado para realizar tareas rápidas, lo que permite transmitir datos a velocidades más altas entre los dispositivos en red. Esto es útil para aplicaciones de automatización tales como el envío de información de control de motores y sistemas de medición autónoma.

Ethernet / IP es un protocolo de gestión de red que utiliza el medio físico y protocolo Ethernet común, y se basa en el estándar industrial Common Industrial Protocol. Está diseñado para proporcionar un acercamiento unificado para la implementación de dispositivos en red de campo a través de un lenguaje común. Puede ser usado tanto para aplicaciones en la industria automotriz como en la automatización de procesos.

Siemens S5/S7 es un conjunto de protocolos de comunicación para la automatización de sistemas. Estos protocolos se pueden utilizar para la comunicación entre máquinas y sensores, y para la monitorización de procesos en líneas de producción. Esto permite una mayor optimización y eficiencia en la producción.

Sercos III es un bus de campo desarrollado para la automatización industrial. Está basado en el protocolo de comunicación Ethernet y permite la comunicación de alta velocidad entre dispositivos de campo de diferentes fabricantes, gracias a una arquitectura de red basada en switche. Sercos III es ideal para la conexión de sensores con PC para contar con un control total de los procesos.

EtherCAT es un protocolo de red industrial para automatización basado en Ethernet. Utiliza un mecanismo de comunicación simple y altamente escalable para lograr un alto rendimiento y el registro de los dispositivos conectados. Esto permite la lectura y transferencia de datos en tiempo real entre los dispositivos de campo y el sistema de control.

los sensores son herramientas muy útiles para la automatización y el control. Estos se utilizan para medir los parámetros físicos o químicos del entorno, y transformar su información en una señal que puede ser procesada para varios fines. Existen una gran variedad de sensores, cada uno con su propia función específica, como:

• Sensor de temperatura
• Sensor de movimiento
• Sensor de color
• Sensor de luz
• Sensor IR
• Sensor ultrasónico
• Sensor de encendido/apagado
• Sensor de posicionamiento

Debido a su amplia gama de aplicaciones, los sensores son indispensables en una variedad de sectores, como la fabricación, la construcción, la agricultura, el transporte, las telecomunicaciones y la salud, entre otros. Por esta razón, su uso continuará siendo valioso en el futuro y no hay duda de que seguirán evolucionando para satisfacer los nuevos requerimientos de la industria.