Fundamentos de Automatización Industrial: Sensores, Encoders y Control PID

Sensores de Visión Artificial

La visión artificial consiste en transformar imágenes del mundo real en datos numéricos. Este proceso captura imágenes en 2D y las transfiere a 3D mediante las siguientes etapas:

1. Adquisición de la imagen: Toma de la fotografía. Existe una necesidad crítica de buena iluminación.
2. Preprocesado de la imagen: Eliminación de ruido para mejorar la calidad informativa de la captura.
3. Segmentación: División de la imagen en partes iguales o áreas de interés.
4. Descripción y representación: Extracción de las características relevantes.
5. Clasificación, interpretación y toma de decisiones: Procesamiento final de la información.

Esta tecnología sirve para la interpretación de escenas, medición y control de calidad. Sus componentes principales son: cámara, iluminación, equipo de control y software específico.

Encoders (Codificadores de Pulsos)

Dentro de los sensores de posición encontramos los llamados encoders: son dispositivos capaces de transformar un movimiento angular (rotatorio) en un conjunto de impulsos digitales que formarán una señal. Esta señal nos dará una respuesta que podrá servir para determinar posiciones, velocidades, direcciones o simplemente para contabilizar.

Existen dos tipos principales:

• Incrementales: Indican que la posición ha cambiado y cuánto se ha movido, sin especificar la posición exacta. Lo hacen generando una serie de impulsos que indican la posición por incrementos referidos a una posición inicial fija.
• Absolutos: Son más costosos, pero ofrecen muchas más ventajas frente a los anteriores; indican, además del desplazamiento, la posición exacta en la que se encuentran. Estos se dividen en encoders monovuelta y encoders multivuelta.

Inconvenientes de los Buses de Campo con un Solo Cable

El uso de buses de campo presenta ciertos desafíos técnicos y económicos:

• Mayor complejidad en el sistema.
• Necesidad de personal más cualificado para su gestión.
• Elevado coste de inversión inicial.
• Equipos de mantenimiento más sofisticados.
• Tiempos de respuesta ligeramente superiores.
• Gran número de estándares incompatibles entre sí.

Criterios de Selección de Reguladores P, PI y PID

La elección del regulador adecuado depende de las necesidades del proceso:

Utilizar P (Proporcional)

Se recomienda cuando sea tolerable un error en régimen permanente. Ejemplos típicos:

• Control de nivel en tanques de líquido.
• Control de presión en tanques de gas.

Utilizar PI (Proporcional-Integral)

Se emplea cuando el error estacionario es inaceptable y la dinámica del proceso es rápida. Ejemplo típico:

• Seguimiento de trayectorias.

Utilizar PID (Proporcional-Integral-Derivativo)

Se utiliza si no hay ruido y se desea incrementar la velocidad de respuesta. Si la dinámica es lenta, la acción I produce respuestas más lentas con grandes oscilaciones, mientras que la acción D estabiliza el sistema permitiendo elevar la constante Kp. Ejemplos típicos:

• Sistemas inestables de cualquier tipo.
• Control de ejes.

Interfaz Máquina-Máquina (M2M)

Para la comunicación entre dispositivos, se utilizan diversos métodos y protocolos. Algunos ejemplos incluyen:

• Comunicaciones propietarias y software propietario.
• Señales digitales y comunicaciones serie.
• Buses de campo y Red Ethernet.
• OPC (Open Platform Communications).
• Ficheros compartidos y ficheros de intercambio con formato estándar (XML, STEP, etc.).
• Bases de datos.