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Fundamentos

del sensado o

detección de

presencia

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Tabla de contenido

Prefacio

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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

(4)

T

ABLADECONTENIDO

ii

Fundamentos de la detección de presencia Rockwell Automation/Allen-Bradley

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

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

(5)

T

ABLADECONTENIDO

Ventajas y desventajas de los sensores de proximidad

ultrasónicos

. . .

6-10

Aplicaciones típicas

. . .

6-11

Sensores fotoeléctricos

Diseño de los sensores fotoeléctricos

. . . .

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

(6)

T

ABLADECONTENIDO

iv

Fundamentos de la detección de presencia Rockwell Automation/Allen-Bradley

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

(7)

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.

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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.

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(9)

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)

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A

SPECTOSBÁSICOSDELAAPLICACIÓNDESENSORES

¿Qué es un sensor?/Sensores de contacto y sin contacto

1-2

Fundamentos de la detección de presencia Rockwell Automation/Allen-Bradley

¿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

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.

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A

¿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 5mm 152m a 1x 0114-PX-LT

(12)

A

¿Qué es un sensor?/Características y especificaciones de los sensores

1-4

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

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

Objeto

Distancia “y” — Distancia “x” Distancia “x”

= % diferencial Punto de operación

Distancia x

Punto final de la detección Distancia y Distancia de recorrido Encendido Apagado 0116-PX-LT 0120-PX-LT Objeto % de repetibilidad de la distancia de detección

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A

¿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

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 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 Dn Interruptor de proximidad Dirección

del movimiento _{Objetos de}

Fe 360 o A570 Grado 36 d 2 x m m m 2

Material no magnético y no conductor

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A

¿Qué es un sensor?/Aprobación de agencias

1-6

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.

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.

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A

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?

(16)

A

1-8

Figura 1.5:

Operación de embotellado

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:

• “¿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.

Operación de embotellado

Colocación de tapas

Objeto = Tapa en botella (verificar operación)

Objeto = Bordes de botella (establecer alineación y preparación de piezas)

Objeto = Tapa en alimentador (preparación de piezas) Aplicación: Detectar tapa

metálica en botella transparente en ambiente húmedo.

Aplicación: Detectar botella transparente en riel metálico en ambiente húmedo.

Aplicación: Detectar tapa metálica en corredera de plástico (alimentador) en ambiente húmedo.

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A

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.

(18)

A

1-10

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.

(19)

A

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

(20)

A

1-12

Seleccione el sensor

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.

(21)

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

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). Fuente de alimentación Sensor Carga Circuito de interfase 0032-GN-LW

(22)

S

ALIDASYCABLEADO

Fuentes de alimentación/Voltajes disponibles

2-2

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.

(23)

S

ALIDASYCABLEADO

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

(24)

S

ALIDASYCABLEADO

Tipos de salida/Electromecánica

2-4

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 SPDT (1 Forma C) DPDT (2 Forma C) N.C. N.C. N.A. N.C. N.A. N.C. N.A. 0056-GN-LT

(25)

S

ALIDASYCABLEADO

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 _ Salida + Carga 0037-GN-LW

(26)

S

ALIDASYCABLEADO

2-6

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

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

Las salidas FET se pueden conectar en paralelo como contactos de relés electromecánicos.

MOSFET de potencia

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.

+ Salida — Carga 0038-GN-LW + — 0034-GN-LT

(27)

S

ALIDASYCABLEADO

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

Figure 2.7:

Cruce cero de un TRIAC

Salida analógica

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 CA CA Salida 0035-GN-LW 0036-GN-LW 0 Voltios CA + _ 60 Hz Pendiente positiva Corriente (mA) Pendiente negativa 0039-GN-LW Distancia (m) 4 4 5 3 2 1 20

(28)

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ALIDASYCABLEADO

2-8

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 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

• Corriente de fuga muy baja

• Rápida velocidad de conmutación

• Baja corriente de salida

MOSFET de potencia

• 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

(29)

S

ALIDASYCABLEADO

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 Figure 2.10: Conexión en paralelo de salidas de 2 hilos Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3 +V Carga 0040-GN-LW Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3 +V Carga 0041-GN-LW

(30)

S

ALIDASYCABLEADO

2-10

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 Figure 2.12: Conexión en paralelo de salidas de relé

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

Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3

+V

T1 T2

0042-GN-LW

+V

T1 T2

0043-GN-LW

+V

Salida

(31)

S

ALIDASYCABLEADO

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

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 Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3 +V +V Carga +V +V 0045-GN-LW Sensor 3 Sensor 2 Sensor 1 Carga +V 0046-GN-LW

(32)

S

ALIDASYCABLEADO

Lógica de salida y tiempo/Retardo de tiempo a la conexión y a la desconexión

2-12

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 Objeto Detectado Perdido Salida Encendido Apagado Objeto Detectado Perdido Salida Encendido Apagado t t

t = tiempo ajustado por el usuario Retardo a

la conexión

Retardo a

(33)

S

ALIDASYCABLEADO

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

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 Objeto Detectado Perdido Salida Encendido Apagado t t

t = tiempo ajustado por el usuario

0053-GN-LT Objeto Detectado Perdido Salida Encendido Apagado t₁

t1 = retardo tras detección de objeto, ajustable por el usuario t2 = retardo tras detección de objeto, ajustable por el usuario

t₂

(34)

S

ALIDASYCABLEADO

Lógica de salida y tiempo/Monopulso retardado

2-14

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 bjeto Detectado Perdido alida Encendido Apagado t₁ t₁ t₁ t₁ t₁

t1 = tiempo de objeto presente t2 = tiempo de objeto ausente

t₂ t₂ t₂ t₂

(35)

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".

(36)

I

NTERRUPTORESDEFINALDECARRERA

Partes de un interruptor de final de carrera/Componentes básicos

3-2

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

Componentes básicos

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. Accionador Bloque de contactos Cuerpo del interruptor Bloque de terminales Base Bloque de contactos/terminales Accionador Cuerpo del interruptor Cabeza Cabeza 0007-LS-LP Enchufable No enchufable

(37)

I

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

0041-LS-LT

Cubierta

(38)

I

Partes de un interruptor de final de carrera/Carcasas enchufables frente a no enchufables

3-4

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

Los interruptores enchufables vienen en una amplia gama de estilos que cumplen las especificaciones NEMA.

Las ventajas de diseño de la carcasa enchufable son:

• 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.

Estabilizadores

Junta

(39)

I

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: • lateral rotatorio

• de pulsación lateral o superior • de vástago oscilante o bigote de gato

Accionamiento lateral

rotatorio

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 0009-LS-LT Recorrido máximo Recorrido de operación de los contactos Posición sin accionamiento (reposo)

Recorrido para rearmar los contactos

Punto de disparo Punto de

(40)

I

Partes de un interruptor de final de carrera/Funciones y tipos de accionadores

3-6

Con este tipo de interruptor se pueden utilizar diversos tipos de palanca. Figura 3.5: Ejemplos de palancas

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

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

0011-LS-LT Palanca con rodillo Palanca con rodillo de ajuste micrométrico Palanca con rodillo de longitud ajustable Palanca de vástago Palanca de lazo de Nylatron Palanca tipo horquilla Posición sin accionamiento (reposo) Punto de rearme Punto de disparo Punto de apertura positiva Recorrido máximo 0034-LS-LT

Recorrido para rearmar Recorrido de operación Recorrido máximo

Vástago superior

pulsable Rodillo superior pulsable Vástago superior pulsante ajustable

Palanca con

rodillo pulsable Vástago pulsado lateralmente Rodillo pulsado lateralmente

(41)

I

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

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. 0031-LS-LT Posición sin accionamiento (reposo) Recorrido máximo Punto de disparo Punto de rearme Recorrido de operación de los contactos Recorrido para rearmar