1. INTRODUCCIÓN

Desde el comienzo de los tiempos, el Hombre ha investigado la manera de hacer su trabajo con el menor esfuerzo posible, lo que le ha llevado a inventar y construir máquinas que resuelvan las tareas con menos mano de obra y menos esfuerzo físico.

Ya en la Edad de Piedra se diseñaban los primeros dispositivos de la automatización, consistentes en trampas para cazar animales.

En Grecia y Roma se construyeron distintos mecanismos para puertas, fuentes de agua, muñecos autómatas, etc.

Después, en la Edad Moderna, se empezaron a automatizar molinos de trigo, telares, talleres de metal, carpinterías, etc.

En la actualidad, gracias a la introducción de los ordenadores, existen procesos industriales complejos que funcionan automáticamente. En el hogar existen muchas máquinas automáticas como la lavadora, el aire acondicionado, el ascensor, etc.

2. SISTEMAS AUTOMÁTICOS

Están  compuestos  por  un  conjunto  de operadores mecánicos, eléctricos y electrónicos.

Existen  muchas  máquinas  y  sistemas  técnicos  que,  una  vez  puestos  en marcha, funcionan por sí mismos. Entre ellos se pueden destacar los del calentador de  agua,  la plancha, u otrossistemas más complejos como el programador de la lavadora o lavavajillas, o alguno de máquinas industriales.

Una vez puestos en marcha, los sistemas automáticos realiza una o más tareas sin ayuda externa. 

Algunos sistemas automáticos son cíclicos (Repiten las tareas indefinidamente, como un semáforo) o no.

Para que un automatismo realice una tarea debe estar programado (Mediante un circuito electrónico, mediante un programador mecánico o mediante un ordenador.

2.1. Elementos de un sistema automático

En todo sistema automático hay tres elementos fundamentales: Las entradas, la unidad de control y las salidas.

• Entradas: Recogen información sobre el entorno del automatismo. Se realizan normalmente mediante sensores.

• Unidad de control: Interpreta las señales procedentes de las entradas y en función de las mismas, controlan las salidas.

• Salidas: Influyen en el entorno del sistema automático mediante los actuadores.

2.2. Tipos de sistemas de control

Los sistemas automáticos pueden ser de dos tipos:

Sistemas en lazo abierto y sistemas en lazo cerrado:

2.2.1. Sistemas de lazo abierto

En  este  tipo  de  sistemas,  el  mecanismo  de  control  se  ajusta previamente según la respuesta que se desea.

Un ejemplo característico es el horno microondas: Mediante los botones seleccionamos la potencia y el tiempo. Cuando metemos el alimento y cerramos la puerta, el microondas se pone en marcha según los parámetros programados. Cuando termina el tiempo, el horno se para aunque no se haya conseguido la temperatura deseada.

Otro ejemplo sería el de un semáforo: Un reloj controla el funcionamiento de las luces según los tiempos programados, independientemente de si hay coches o no en la calle.

Los sistemas de lazo abierto funcionan aunque la respuesta que produzca no se ajuste a lo esperado. La salida no tiene efecto sobre el sistema. Se trata de automatismos no retroalimentados.

2.2.2. Sistemas de lazo cerrado

En ellos existe un sensor capaz de regular el mecanismo de control en función de la respuesta del sistema.

Un ejemplo de este tipo de sistemas sería el aire acondicionado: Una vez establecida la temperatura de la habitación, existe un termostato que actúa como elemento de control y que se encarga de conectar y desconectar el aire según los niveles que envía un sensor de temperatura que hay en el interior del aparato.

3. SENSORES

Los sistemas de control utilizan sensores para recoger información de los parámetros físicos del entorno (Temperatura, luz, posición, etc.). A continuacion estudiaremos los sensores más usados.

3.1. Sensores de temperatura

Se basan en los diferentes fenómenos físicos que dependen de la variación de la temperatura: la dilatación de los metales, el cambio de resistencia eléctrica o la emisión de radiación infrarroja.

3.1.1. Sensores basados en la dilatación

Estos sensores se basan en láminas bimetálicas, formadas por dos metales con diferente coeficiente de dilatación, lo que provoca un movimiento de la misma cuando se calientan.

En el dibujo de la izquierda el bimetal está formado por dos metales soldados, el metal de color rojo se dilata a temperatura más baja que el metal amarillo.

El bimetal está en reposo y el contacto está cerrado.

Cuando aumenta la temperatura, los metales se dilatan de forma que el bimetal se dobla hacia arriba.

El bimetal está caliente, por lo que el contacto está abierto y el circuito eléctrico está desconectado.

Este tipo de sensor se llama termostato y se utiliza en aparatos en los que se deba controlar la temperatura, como una plancha, un horno, una estufa, un tostador, etc.

3.1.2. Sensores basados en la variación de la resistencia eléctrica

Existen materiales que varían su resistencia eléctrica en función de la temperatura a la que se encuentran, por lo que se pueden utilizar para el control automático de la temperatura de ciertos aparatos. Se utilizan para muy altas temperaturas, cuando los bimetales no pueden funcionar.

• Termorresistencias  RTD (Detectores de Temperatura Resistivos): Son resistencias que varían su resistencia con la temperatura. Pueden resistir hasta 600 ºC.

• Termistores PTC (Coeficiente de Temperatura Positivo): Son semiconductores cuya resistencia aumenta con la temperatura.

• Termistores NTC (Coeficiente de Temperatura Negativo): Son semiconductores cuya resistencia disminuye al aumentar la temperatura.

• Termopares: Consiste en dos hilos metálicos diferentes soldados en un extremo. Al aumentar la temperatura de la soldadura, se genera en los hilos un voltaje proporcional a la misma. Pueden medir temperaturas entre -200 ºC y 1200 ºC. Se usan en hornos, congeladores, etc.

3.2. Sensores de posición

El uso de estos sensores permite al sistema de control conocer la posición de un objeto, por ejemplo, en el caso de un ascensor, saber si ya ha llegado al piso seleccionado o en un sistema de puerta de garaje automática, conocer si el coche ya ha entrado.

• Interruptores mecánicos (Finales de carrera): Consiste en un simple interruptor o pulsador que son accionados por el elemento que se mueve (Ascensor, puerta, etc.).

• Interruptores de proximidad magnéticos (Reed): Se cierran al aproximar un imán, se suelen usar en alarmas de puertas o ventanas. No tienen partes mecánicas.

• Sensores de posición ópticos: La detección de objetos se realiza emitiendo un rayo de luz y comprobando si alcanza al receptor.

  • Resistencias LDR (Resistencia Dependiente de la Luz): Es una resistencia cuyo valor varía en función de la luz que incide sobre ella. Se utiliza en sistemas automáticos de alumbrado.

• • Fotodiodos y fototransistores: Son diodos o transistores controlados por una luz infrarroja proveniente de un diodo LED. Se utilizan en sistemas de alarma, en apertura automática de puertas, en medidores de distancia y en ratones de ordenador.

3.3. Otros sensores

Existen gran variedad de sensores para realizar sistemas automáticos que controlen varias instalaciones en industrias (Sensores de humo, sensores de sonido y vibraciones, etc.), en los hospitales (Medidores de presión arterial, medidores de glucosa, escáneres, etc.), en coches (Sensores de lluvia, sensores de peso, etc.) y hogares (Sensores de movimiento, sensores de gas, etc.).

En las casas se utiliza la domótica para realizar procesos de forma automática, sirviéndose de sensores de todo tipo conectados a una unidad de control.

4. ELEMENTOS DE CONTROL

Son los encargados de regular el funcionamiento del sistema y enviar las órdenes a los actuadores en función de la información recogida de los sensores.

Los sistemas automáticos disponen de una gran variedad de mecanismos de este tipo. Algunos de los más conocidos son los temporizadores, los comparadores y los programadores.

4.1. Temporizadores

Los temporizadores son dispositivos que conectan o desconectan el sistema después de que haya transcurrido un tiempo determinado.

Los semáforos, los hornos, etc., disponen de temporizadores. Todos son sistemas de lazo abierto.

Los temporizadores pueden estar formados por relojes electromecánicos, relojes electrónicos o programadores electromecánicos rotativos de levas, como los que llevan las lavadoras.

4.2. Comparadores

Como ya hemos visto en el apartado 2.2.2., en los sistemas de lazo cerrado, existe un elemento comparador en el circuito de retroalimentación cuyo trabajo consiste en recoger los parámetros físicos del medio con un sensor determinado y lo compara con un determinado valor preestablecido, informando a la unidad de control para que actúe en consecuencia. (Por ejemplo, en un sistema de calefacción elegimos la temperatura deseada, que el comparador se encarga de mantener conectando o desconectando los radiadores en función de la temperatura que obtiene de la habitación mediante unos sensores de temperatura).

Estos comparadores pueden estar formados por un simple interruptor bimetal o por un circuito electrónico.

4.3. Programadores 

Se trata de dispositivos electromecánicos o electrónicos que regulan una o varias acciones del sistema. Suelen ir provistos de un microprocesador donde llevan grabado el programa de trabajo. Las lavadoras automáticas, lavavajillas, los semáforos y procesos industriales los llevan.

5. ACTUADORES O SALIDAS

Son los elementos que permiten que el sistema automático realice las distintas acciones para las que está diseñado.

Los más frecuentes son:

• Bombillas o LED.

• Motores eléctricos que permiten mover algunas partes del sistema.

• Relés.

• Accionadores hidráulicos y neumáticos.

5.1. Bombillas o LED

Permiten relizar un sistema automático que tenga que iluminar una zona determinada cuando llegue la noche (Farolas, pistas de aterrizaje, etc), o cuando se detecte una persona en una zona normalmente oscura (Escaleras, trasteros, etc.).

También permiten señalizar visualmente una acción (Alarmas, semáforos, etc.).

Para ello se utilizan bombillas, lámparas, proyectores, focos o LEDs.

5.2. Motores eléctricos

En determinados sistemas se requiere el desplazamiento de alguna parte del mismo (Robots, ascensores, puertas automáticas, impresoras, máquinas industriales, etc.).

Para ello se utilizan motores de corriente contínua o servomotores.

5.3. Relés

Son actuadores que se comportan como interruptores o conmutadores, de manera que pueden conectar o desconectar ciertos circuitos eléctricos o electrónicos.

5.4. Accionadores hidráulicos y neumáticos

Permiten realizar desplazamientos lineales en situaciones donde se requiera mucha fuerza (Elevadores, maquinaria de obra, atracciones de feria, etc.).