El ordenador como dispositivo de control

Control por
ordenador

EL ORDENADOR COMO DISPOSITIVO DE
CONTROL

Información y
control

Un sistema de control de procesos se puede
definir como el conjunto de funciones y operaciones necesarias
para conseguir un resultado deseado en una máquina.Todos
los sistemas de control de procesos industriales tienen tres
características en común:

• Miden una variable
física. Los elementos encargados de medir estas
variables son los sensores o transductores

• Evalúan informaciones.
La información entregada por los sensores se lleva a la
unidad de control, donde es evaluada para tomar las decisiones
oportunas. Es la parte inteligente del sistema.

• Ejecutan una acción.
Utilizan un elemento denominado actuador que es gobernado por la
unidad de control y se encarga de provocar un movimiento
mecánico o la variación de alguna variable
física del sistema bajo control.

Los actuadores más simples son los
motores y las bombillas.

Elementos de un sistema de
control

Un sistema de control muy
personal:

El ser humano es un ejemplo de sistema de
control de procesos. Así si estamos conduciendo un
automóvil y deseamos mantener la distancia entre un
vehículo que marcha por delante y el nuestro, debemos
estar continuamente calculando la distancia y utilizar el freno o
acelerador para

modificarla. En este caso, el sensor que
nos proporciona la información de entrada sería la
vista, la unidad de control nuestro cerebro, y el elemento
actuador sería nuestro pie derecho.

Estructura de un
sistema de control por ordenador

Los controladores de tipo neumático
(utilizan aire sometido a presión como medio para la
transmisión de una fuerza) no permiten cambios en su forma
d funcionar a no ser que se altere el circuito añadiendo o
quitando componentes.Esta característica de funcionamiento
tiene muchos inconvenientes, por lo que en la actualidad se opta
por los controladores de tipo electrónico.

Dentro de los controladores de tipo
electrónico podemos considerar dos tipos: el
autómata programable o PLC y el
ordenador.

Los ordenadores tienen importantes ventajas
respecto de otros elementos de control, ya que poseen la
capacidad de recibir y analizar datos a velocidades
extremadamente altas, toman decisiones, son muy flexibles a la
hora de alterar su forma de funcionar y entregan sus resultados
de forma prácticamente instantánea.

El hardware de un sistema de control por
ordenador está compuesto por los siguientes
elementos:

•El procesador es el cerebro
del ordenador .Se halla situado en la CPU (Unidad Central de
Proceso) y se encarga de organizar todas las actividades.
Evalúa el plan de control almacenado en forma de programa
en las memorias y, según le llegan las informaciones de
entrada procedentes de los sensores, genera ordenes
específicas para las salidas apropiadas en el momento en
que se están produciendo las variaciones del
sistema.

• La memoria es el lugar del
ordenador donde se almacena el programa encargado de realizar el
control .Se comunica de forma permanente con la CPU. En
función de la complejidad del plan de control se
requerirán más o menos Kilobytes o Megabytes de
memoria.

•Las unidades de entrada/salida
son los dispositivos básicos por donde el ordenador se
comunica con el exterior, mediante unas conexiones conocidas con
el nombre de puertos.Los sensores y actuadores del sistema no se
conectan directamente a los puertos, porque supondría
limitar mucho sus características y requisitos de
funcionamiento. Por esta razón se utilizan las interfaces
para realizar estas conexiones.

•Las interfaces son adaptadores
de señales y pueden ser tarjetas controladoras que se
instalan en el interior del ordenador o ni en dispositivos
externos o controladoras, conectados al ordenador a través
de algún puerto.

Controladoras
para ordenador

La función de una controladora es la
de hacer posible que las señales recibidas en los sensores
sean traducidas a un código entendible por el ordenador y
que, a su vez, las decisiones tomadas por el ordenador sean
traducidas y convertidas en señales eléctricas
aptas para que los actuadores se pongan en funcionamiento.
Decimos que una señal es analógica si entre dos
valores existen multitud de posibles valores (como en una medida
de temperatura o presión)

Sin embargo los ordenadores que procesan
información funcionan sólo con señales
digitales binarias, es decir únicamente trabajan con dos
estados de tensión posibles, identificados como 1 (alto) y
0 (bajo).

Por otro lado hay actuadores que necesitan
para su correcto funcionamiento señales de tipo
analógico, por lo que no podrían conectarse
directamente al ordenador.

Estas situaciones obligan a realizar
procesos de conversión entre tensiones de tipo
analógico y digital, que tienen lugar en la controladora.
Cuando partimos de señales analógicas y queremos
convertirlas en digitales decimos que realizamos una
conversión analógica/digital (abreviadamente A/D),
mientras que cuando tenemos en origen señales digitales y
queremos transformarlas en analógicas hablamos de
conversión digital/analógica (D/A)

Tipos de controladoras

Todas las controladoras disponen de dos
partes bien diferenciadas: las entradas y las salidas .En las
entradas se conectan los sensores, y en las salidas los
actuadores .Disponen de un cierto número de entradas y
salidas digitales y otro de entradas y salidas
analógicas.

-Las salidas digitales toman el valor
lógico 0 cuando están desactivadas, y el valor 1
cuando no lo están, siendo normalmente el valor de la
tensión de salida de un valor comprendido entre 5 y 12
voltios, según los modelos. Sirven para accionar
actuadores del tipo todo o nada.

-Las salidas de tipo analógico de
las controladoras no pueden tomar cualquier valor de
tensión, sino que oscilan entre un valor máximo y
uno mínimo. Estas salidas son apropiadas para variar la
velocidad de un motor o para regular la intensidad luminosa de
una bombilla.

• Tarjetas controladoras. Son
un tipo de controladoras que se instalan en el interior del
ordenador conectadas en una de las ranuras de
expansión(slots)

Las conexiones de sensores y actuadores se
realizan sobre conectores que van incluidos en la propia tarjeta
y no hacen uso de los puertos del ordenador.

• Controladora externas .Se alojan
normalmente en una caja metálica exterior al ordenador y
que se conecta a él, normalmente, a través del
puerto de la impresora (puerto paralelo). En su panel frontal
suelen tener una serie de diodos LED para las entradas y salidas,
cuyo encendido indica que están siendo utilizadas por el
ordenador.

La entrada de
información

Los sensores son elementos o circuitos que
miden variables físicas como la temperatura, la
presión, la posición, la intensidad luminosa, etc.
Los sensores deben transformar esas variaciones físicas en
señales eléctricas, que proporcionan
información sobre la variación física
producida al sistema controlado por el ordenador.

Según el tipo de señal que
proporcionan a la controladora, los sensores se pueden clasificar
en dos grandes grupos: analógicos y digitales.

Sensores digitales

Los pulsadores o interruptores son sensores
de posición digital, ya que únicamente admiten dos
estados posibles: conectados y desconectados.

También pueden considerarse como
digitales los detectores de inundación, de humo o de gas,
utilizados en el sistema de alarmas (porque únicamente
detectan umbrales prefijados, de tal manera que activan su salida
cuando se alcanzan estos niveles.)

Sensores
analógicos

Los sensores analógicos proporcionan
al controladora una señal analógica, es decir con
un cierto rango de valores relativos a la magnitud física
medida, como la resistencia en las NTC, las LDR o los
potenciómetros.

La respuesta de
salida

Cuando la señal de entrada ya ha
sido procesada en la unidad de control se obtiene una
señal de salida de la controladora, donde se
conectarán los actuadores.

Según el tipo de señal que
necesiten para su funcionamiento los actuadores se pueden
clasificar en analógicos y
digitales.

Actuadores digitales

Son aquellos dispositivos que sólo
admiten señales de encendido o apagado (relés,
timbres) y también otros como motores y bombillas, pero
solo en el caso de no estar sometidos a
regulación.

Todos los actuadores que se conectan a las
salidas digitales deben tener un terminal conectado a masa (GND)
de la controladora , y poder funcionar a la tensión que
proporcionan las salidas digitales.

Cuando deseamos poder escoger el sentido de
giro d un motor, es necesario utilizar dos salidas digitales de
la controladora. Dependiendo de cual de las dos salidas
esté activa el motor girará en uno u otro
sentido.

Actuadores analógicos

Son aquellos actuadores que necesitan que
necesitan para su correcto funcionamiento señales de tipo
analógico, como por ejemplo los motores y bombillas
regulados, es decir, motores de corriente continua en los que se
desea regular su velocidad de giro o, en el caso de las bombillas
su mayor o menor luminosidad.

En estos casos, la conexión a la
controladora se realiza sobre las salidas de tipo
analógico. Si además de la regulación se
desea controlar, por ejemplo, el sentido de giro de un motor,
será necesario utilizar dos salidas de este
tipo.

La conexión de la imagen permite
regular la velocidad y sentido de giro del motor al mismo tiempo
que la luminosidad de la bombilla, según la tensión
que suministre la salida S9.

¿Cómo conectamos la
controladora al PC y al proyecto?

La controladora que utilizamos en el
taller de tecnología es la siguiente :

El control con
Winlogo

WinLogo posee varias ventanas o
áreas de trabajo que se utilizan para distintas
tareas:

?Gráfico: zona de dibujos y
gráficos

Textos: zona donde Logo escribe sus
mensajes

?Trabajo: desde esta ventana el
usuario ejecuta sus programas

Una de las aplicaciones más
interesantes de programación Logo es que permite crear un
programa capaz de controlar una máquina o dispositivo
por medio de un ordenador conectado a una
controladora.

Se llama Micromundo de control al
conjunto de primitivas referentes al control de máquinas y
dispositivos.

Para trabajar con el Micromundo de control
realizamos los pasos siguientes:

1. Cargamos el fichero denominado
controla.log desde el menú
Archivo

2. Seleccionamos todo el
procedimiento en el menú Edición.

3. Para que el programa comprenda
estas primitivas las habilitamos con el comando
Interpretar

Con nuestra controladora pondremos "TODOIO
para poder empezar y escribepuerto 888 0 porque pone todas las
salidas 0

Control sobre los
actuadores

Para actuar sobre los dispositivos
conectados en las salidas se suelen utilizar las primitivas:
Motor (M), Acelera (seguida de un nº para
indicar la magnitud de la aceleración que se desea),
Salida (para conectar y desconectar los actuadores de
forma individual), Estado (sirve para conocer el estado de
todas las salidas)

*Con otras controladoras se utilizan
comillas delante de la orden para o derecha ,
izquierda,etc.

Control sobre las
entradas

El control sobre el dispositivo conectado a
las entradas permite conocer el estado de una entrada digital
(activada o desactivada) o el valor de una entrada
analógica.

Las entradas digitales de la
controladora se identifican en las primitivas como SD 1, SD 2,
etc., mientras que las entradas analógicas AN0, AN1, AN" y
AN· se identifican como SAW, SAX, SAY, SAZ,
respectivamente.

Otras primitivas usuales

Este programa lee el sensor conectado en la
entrada digital 1. Si no está activado, el motor
girará en sentido contrario. En cualquiera de los dos
casos el motor estará funcionando durante 4 segundos y
transcurrido ese tiempo se parará.

También se puede hacer girar el
motor en un sentido, acelerarlo al nivel 4, esperar 3 segundos y
pararlo. A continuación lo hace girar en sentido
contrario, lo acelera al nivel 12 durante 4 segundos y lo vuelve
a parar.

*Con nuestra controladora no
utilizaremos las comillas y usaremos
minúsculas.

Actividades

1) Este programa tiene una serie de errores;
encuéntralos y explica en qué consisten. Una vez
corregidos, explica cuál es el efecto que provoca el
programa.

M7 D Espera 200 M7 P

Si SD1 = 1[Espera 100 M P]

M1 D Espera 300 M1 P

2) Haz una relación de los distintos tipos de
sensores y actuadores que contiene una lavadora.

3) Imagina que te encargan automatizar todos los
procesos de un invernadero.

a) Indica qué sensores y actuadores serían
necesarios para poder hacerlo

b) Explica cuál sería la finalidad de cada
uno de ellos.

4) De la relación de elementos que se dan a
continuación, indica cuáles de ellos pueden
considerarse digitales y cuáles
analógicos.

Pulsador

LDR

Sensor de velocidad

Interruptor

5)Diseña un programa con WinLogo que permita
controlar el sentido de giro de un motor mediante tres
pulsadores, de forma que cada uno de ellos haga que el motor gire
a la derecha, otro que gire a la izquierda y el último que
se pare. Solamente pude presionar un pulsador al
tiempo.

6) Realiza un programa en WinLogo para controlar un
puente levadizo. El puente costa de un motor para levantar la
pasarela, que es controlado mediante un interruptor, y tiene dos
sensores (finales de carrera) que deben interrumpir el
funcionamiento del motor cuando la pasarela alcance su
posición definitiva. Además tiene otro sensor para
detectar la presencia de objetos sobre la pasarela y evitar que
se levante en esta situación. Cuando el puente se
esté levantando debe encenderse una lámpara de
advertencia.

8) Imagínate que tienes que desarrollar un robot
que actúe como portero de fútbol.

• a) Indica qué características
  debería de tener: tipo de programación,
  sensores necesarios; ¿utiliza realimentación?
  ¿funciona en tiempo real?

• b) Busca información sobre los lenguajes
  de programación textual más utilizados e indica
  algunas de sus principales características.

• c)  Investiga sobre los métodos
  utilizados en sistemas de visión artificial y su
  aplicación en sistemas robóticos.

9)Busca información en Internet relacionada con
nuevas aplicaciones de robots en campos tales como: medicina,
ingeniería, exploración espacial, agricultura,
etc.

10) Realiza una programación para un
proyecto que quieras para controlarlo con el ordenador

Enviado por:

Pablo Turmero