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

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

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

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

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

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

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

Uso de sensores para la conexión con los PLC.

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

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

Puente de wheatstone para entradas analógicas en los PLC

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

Algunos de los sensores más usados

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

Conversión entre datos analógicos y digitales.

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

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

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

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

Conclusiones

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

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

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Categorizado en: Instalaciones y Mantenimiento

36 Comentarios

  1. FABIAN dice:

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

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    • Rogelio Delgado Rogelio Delgado dice:

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

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  2. marcelo dice:

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

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    • Rogelio Delgado Rogelio Delgado dice:

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

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  3. Felipe Rodriguez dice:

    Se tiene un Transmisor/sensor de presión, con un rango de 0 a 120 psi, la salida que entrega de acuerdo con el rango es de 4-20 Ma y se conecta a la entrada de un PLC 1211C AC/DC/RELAY, Modelo 6ES7 211 – 1BE40 – 0XBOque tiene una resistencia de 750 ohm conectada a la entrada análoga, si le preguntan su opinión, ¿Qué recomendaría?

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    • Rogelio Delgado Rogelio Delgado dice:

      Nuestra misión es divulgativa, no obstante para resolver instalaciones concretas te recomiendo ponerte en manso de técnicos cualificados de tu zona que pueda conocer el caso particular y resolverlo adecuadamente in situ.
      Por mi parte recomendarte seguir leyendo nuestros contenidos a modo de interés divulgativo.
      Un saludo cordial.

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  4. Obed dice:

    Muy buena explicación, estoy empezando con el campo de la acromatizan de PLC una pregunta que es escalado y desescalado de una entrada y salida analogía? gracias de antemano un saludo

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    • Rogelio Delgado Rogelio Delgado dice:

      El escalado de una entrada analogía es conocer la relaciona entre la variable medida y el rango de tensión de la entrada, por ejemplo podemos contar con un termómetro que mide entre 10 grados y 120 grados y el rango de tensión que transmite es entre 0 y 5V, se reparte proporcionalmente el rango de tensión entre los valores de temperatura.
      Un saludo cordial.

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  5. Valeria Hernandez dice:

    Hola que tal! Voy a programar la lectura de un sensor de luz analogico en un PLC pero no lo tengo fisicamente, como puedo saber que lecturas arroja si el data sheet meciona que tiene 4-20 mA de salida?

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    • Rogelio Delgado Rogelio Delgado dice:

      El dato que indicas te esta informando que el sensor introduce una señal ente 4 y 30 mA, por tanto al valor mas bajo de iluminación corresponde 4 mA y al valor mas alto 30mA distribuyendo proporcionalmente a lo largo de los valores intermedios.
      Un saludo cordial.

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