Curso de Control y Automatismos Curso de Control y Automatismos EléctricosEléctricos

Ing. Carlos Echeverría

Célula FotoeléctricaCélula Fotoeléctrica

Una célula fotoeléctrica puede definirse como Una célula fotoeléctrica puede definirse como un dispositivo capaz de detectar la presencia o un dispositivo capaz de detectar la presencia o ausencia de un objeto, o cualquier cambio en ausencia de un objeto, o cualquier cambio en sus características físicas (posición, color, sus características físicas (posición, color, tamaño, etc.) utilizando únicamente luz y sin tamaño, etc.) utilizando únicamente luz y sin necesidad de contacto físico con el objeto.necesidad de contacto físico con el objeto.

Detectores fotoeléctricosDetectores fotoeléctricos

Los detectores fotoeléctricos Los detectores fotoeléctricos son los encargados de emitir una son los encargados de emitir una señal luminosa que luego es señal luminosa que luego es recibida por el mismo detector u recibida por el mismo detector u otro, por bloqueo o reenvío de la otro, por bloqueo o reenvío de la luz emitida. luz emitida.

Normalmente están constituidos Normalmente están constituidos por un emisor de luz no visible por un emisor de luz no visible (infrarroja) y un receptor, que (infrarroja) y un receptor, que pueden estar en el mismo pueden estar en el mismo detector (emisor-receptor) o en detector (emisor-receptor) o en dos detectores por separado dos detectores por separado (emisor + receptor).(emisor + receptor).

Los detectores fotoeléctricos se dividen en dos grupos: Los detectores fotoeléctricos se dividen en dos grupos:

- Por bloqueo o interrupción de la luz emitida - Por bloqueo o interrupción de la luz emitida - Por reenvío de la luz emitida.- Por reenvío de la luz emitida.

Por bloqueo o interrupción de la luz emitida. Existen tres tipos:Por bloqueo o interrupción de la luz emitida. Existen tres tipos:

- 1 Sistema de barrera.- 1 Sistema de barrera. Constituido por un emisor y un receptor Constituido por un emisor y un receptor separados. Posee un gran alcance (de hasta 30 m.); muy utilizado separados. Posee un gran alcance (de hasta 30 m.); muy utilizado en entornos difíciles. en entornos difíciles.

- 2 Sistema reflex.- 2 Sistema reflex. Constituido por un emisor –receptor en el Constituido por un emisor –receptor en el mismo detector. Utiliza un espejo catadióptrico o despolarizador mismo detector. Utiliza un espejo catadióptrico o despolarizador como reflector de la luz. Alcanza hasta 10 m. Y su instalación es como reflector de la luz. Alcanza hasta 10 m. Y su instalación es muy sencilla cuando los objetos son poco reflectantes.muy sencilla cuando los objetos son poco reflectantes.

- 3 Sistema reflex polarizado.- 3 Sistema reflex polarizado. Tiene la misma constitución que el Tiene la misma constitución que el sistema reflex (emisor – receptor + espejo ), con la diferencia de sistema reflex (emisor – receptor + espejo ), con la diferencia de que puede detectar objetos altamente reflectantes. Su alcance es de que puede detectar objetos altamente reflectantes. Su alcance es de hasta 8 m. hasta 8 m.

Por reenvío de la luz emitida. Existen dos tipos:Por reenvío de la luz emitida. Existen dos tipos:

- 1 Sistema de proximidad.- 1 Sistema de proximidad. Constituido por un emisor –receptor en el mismo detector. Constituido por un emisor –receptor en el mismo detector. Utiliza el propio objeto para reenviar la luz al receptor. Posee Utiliza el propio objeto para reenviar la luz al receptor. Posee un alcance pequeño, de hasta 1,5 m. Y se utiliza en objetos un alcance pequeño, de hasta 1,5 m. Y se utiliza en objetos altamente reflectantes.altamente reflectantes.

- 2 Sistema de proximidad con borrado del plano posterior.- 2 Sistema de proximidad con borrado del plano posterior. Tiene la misma constitución que el sistema anterior, con la Tiene la misma constitución que el sistema anterior, con la diferencia que detecta cualquier objeto, independientemente diferencia que detecta cualquier objeto, independientemente de su color o reflectancia. Además es capaz de ignorar de su color o reflectancia. Además es capaz de ignorar cualquier otro elemento que se encuentre en el plano posterior cualquier otro elemento que se encuentre en el plano posterior al objeto a detectar. El alcance es de hasta 1,5 m.al objeto a detectar. El alcance es de hasta 1,5 m.

•Largo alcance.

•Gran selectividad respecto al tamaño del objeto.

•Alta resistencia a ambientes difíciles.

–Detecta objetos opacos.

–Doble cableado: Emisor y receptor.

Fotocélulas de BarreraFotocélulas de Barrera

Consta de un Emisor y un Receptor Consta de un Emisor y un Receptor separados en distintos encapsulados.separados en distintos encapsulados.

Reflex con espejo (1)Reflex con espejo (1)

Emisor y receptor en el Emisor y receptor en el mismo encapsulado.mismo encapsulado.

El haz de luz es El haz de luz es reflejado hasta el reflejado hasta el receptor por el espejo.receptor por el espejo.

El objeto es detectado El objeto es detectado al interrumpir el haz.al interrumpir el haz.

Alcanzan hasta 10 m.Alcanzan hasta 10 m. Fácil instalación.Fácil instalación. Pueden detectar Pueden detectar

objetos transparentes objetos transparentes (FAO).(FAO).

Reflex con espejo (2)Reflex con espejo (2)

La posición y el tamaño del espejo influyen La posición y el tamaño del espejo influyen en la zona de detección.en la zona de detección.

El espejo debe ser más pequeño que el El espejo debe ser más pequeño que el objeto a detectar.objeto a detectar.

Para detectar objetos brillantes usa luz Para detectar objetos brillantes usa luz polarizada.polarizada.

Reflexión polarizadaReflexión polarizada con espejo con espejo

Luz polarizada es la que vibra en un único plano.Luz polarizada es la que vibra en un único plano. El emisor polariza la luz en horizonal y el receptor El emisor polariza la luz en horizonal y el receptor

filtra la luz que le llega con polarización vertical.filtra la luz que le llega con polarización vertical. El espejo reflector es capaz de modificar la luz El espejo reflector es capaz de modificar la luz

polarizada horizonal en vertical gracias a su polarizada horizonal en vertical gracias a su construcción triédrica.construcción triédrica.

Un objeto brillante no cambia la polaridad del haz Un objeto brillante no cambia la polaridad del haz emitido por lo que al receptor no le llega luz emitido por lo que al receptor no le llega luz adecuadamente polarizada.adecuadamente polarizada.

Luz emitidaPolarización horizontal

Luz reflejada por el espejoPolarización vertical

Reflexión difusa (1)Reflexión difusa (1)

Reflexión difusa: Reflexión difusa: Energía reflejada.Energía reflejada.

BGS/FGS: BGS/FGS: Geometría Geometría del haz de luz.del haz de luz.

Marcas de color: Marcas de color: Intensidad de luz.Intensidad de luz.

Sensores de color: Sensores de color: Longitud de onda.Longitud de onda.

Reflexión difusa (2)Reflexión difusa (2)

No necesita espejo, el objeto refleja la luz No necesita espejo, el objeto refleja la luz hacia el receptor. Ideales para las hacia el receptor. Ideales para las aplicaciones que sólo tienen un lado aplicaciones que sólo tienen un lado accesible.accesible.

La cantidad de luz reflejada La cantidad de luz reflejada depende del depende del objetoobjeto de su material, forma y color; con lo de su material, forma y color; con lo que varía la distancia de detección con los que varía la distancia de detección con los objetos negros, que reflejan poca luz.objetos negros, que reflejan poca luz.

Este efecto se puede contrarrestar con el Este efecto se puede contrarrestar con el ajuste de sensibilidad de la fotocélula.ajuste de sensibilidad de la fotocélula.

Espectro luminosoEspectro luminoso

Los sensores más empleados utilizan luz Los sensores más empleados utilizan luz infrarroja, o bien luz visible roja o verde.infrarroja, o bien luz visible roja o verde.

Tipos de Fuente de LuzTipos de Fuente de Luz

Lámparas incandescentes / fluorescentes ( en desuso Lámparas incandescentes / fluorescentes ( en desuso ).).

Semiconductores luminiscentes: Diodos LED.Semiconductores luminiscentes: Diodos LED.

Láser (Light Amplification by Stimuleted Emission of Láser (Light Amplification by Stimuleted Emission of Radiation).Radiation).

Para seleccionar el tipo de detector a Para seleccionar el tipo de detector a utilizar en una aplicación tendremos utilizar en una aplicación tendremos en cuenta las siguientes pautas:en cuenta las siguientes pautas:

1 Conocer la distancia a la que se encuentra 1 Conocer la distancia a la que se encuentra el objeto a detectar. A partir de este dato, el objeto a detectar. A partir de este dato, se obtiene el alcance nominal (Sn) del se obtiene el alcance nominal (Sn) del detector. detector. Comprobar que la distancia sea inferior Comprobar que la distancia sea inferior al alcance de trabajo (Su). al alcance de trabajo (Su).

2 Elegir el tipo de detector fotoeléctrico en 2 Elegir el tipo de detector fotoeléctrico en función de la reflectancia del objeto y de función de la reflectancia del objeto y de su alcance nominal máximo, según la su alcance nominal máximo, según la tabla .tabla .

3 Elegir el tipo de alimentación, según lo 3 Elegir el tipo de alimentación, según lo explicado anteriormente.explicado anteriormente.

4 Elegir el tipo de salida, en función del 4 Elegir el tipo de salida, en función del circuito de mando, tal como se ha circuito de mando, tal como se ha explicado.explicado.

Tipo de detectorReflectancia

del objeto

Alcance nominal

Máximo (m)

Barrera Indiferente 30

Reflex Baja 10

Reflex polarizado Elevada 8

Proximidad Elevada 1,5

Proximidad con borrado

Plano posteriorBaja 1,5

Términos comunes a los detectoresTérminos comunes a los detectoresDistancia de detección nominal Distancia de detección nominal (Sn):(Sn): Es un valor característico, que Es un valor característico, que no tiene no tiene

en cuenta las influencias externas debidas a temperatura o variación de la en cuenta las influencias externas debidas a temperatura o variación de la tensión de alimentacióntensión de alimentación. Es válida para el objeto patrón, e indica cual es la . Es válida para el objeto patrón, e indica cual es la distancia a la cual el interruptor de proximidad opera.distancia a la cual el interruptor de proximidad opera.

Superficie de detección

Sn

ONOFF

Distancia de reposición

Distancia de detección real o efectiva (Sr): Es la distancia de detección medida con el objeto patrón a la tensión y temperatura nominales, es una medida en condiciones normales.

Términos 2Términos 2Distancia de detección útil Distancia de detección útil (Su):(Su): La distancia de detección útil es aquella que La distancia de detección útil es aquella que

hay entre la superficie del detector y la del patrón, que permite al hay entre la superficie del detector y la del patrón, que permite al interruptor detectar sin ningún fallo. interruptor detectar sin ningún fallo.

Su

Términos 3Términos 3Distancia diferencial ( Histéresis ):Distancia diferencial ( Histéresis ): Es la distancia entre la posición de Es la distancia entre la posición de

actuación cuando el objeto patrón se acerca y la posición de desactivación actuación cuando el objeto patrón se acerca y la posición de desactivación cuando el objeto patrón se aleja del detector. Esta distancia se expresa en cuando el objeto patrón se aleja del detector. Esta distancia se expresa en tanto por ciento de la distancia de detección nominal Sn.tanto por ciento de la distancia de detección nominal Sn.

ATr

ON

OFF

Términos 4Términos 4Tiempo de respuesta:Tiempo de respuesta: Es la suma del retardo (t1) necesario para Es la suma del retardo (t1) necesario para

actuar la salida del interruptor y el retardo (t2) necesario para actuar la salida del interruptor y el retardo (t2) necesario para desactuar dicha salida cuando la excitación (objeto patrón) ha desactuar dicha salida cuando la excitación (objeto patrón) ha cesado.cesado.

ONOFF

t1 t2

Términos 5Términos 5Frecuencia de respuesta:Frecuencia de respuesta: Es el máximo número de veces que en Es el máximo número de veces que en

un segundo puede actuar un interruptor de proximidad un segundo puede actuar un interruptor de proximidad

Objeto

½ Sn= distancia nominal

M

2 M

Conexiones de detectores dos hilosConexiones de detectores dos hilos

KM

Conexión de un detector de 2 Hilos

L1

N

B

Conexión detectores a 2 hilos Conexión detectores a 2 hilos

SERIE:SERIE:• Es posible. Precaución con la tensión que Es posible. Precaución con la tensión que

soporta cada uno.soporta cada uno.• La tensión residual de cada uno se suma y la La tensión residual de cada uno se suma y la

carga puede quedarse sin suficiente tensión.carga puede quedarse sin suficiente tensión. PARALELO:PARALELO:

• No conectar en paralelo.No conectar en paralelo.• Si uno de ellos está en ON los demás no Si uno de ellos está en ON los demás no

reciben alimentación.reciben alimentación.

Conexión serie varios detectores 2 hilosConexión serie varios detectores 2 hilos

KM

B1

B2

NO recomendado

KA2

B1 B2

KA1

KA1

KA2

KM

Conexión paralelos varios detectores 2 hilosConexión paralelos varios detectores 2 hilos

B1

B2B1

B2

KA 1 KA 2 KM

KA 1 KA 2

No conectar

Detectores a 3 hilos Detectores a 3 hilos

Posibilidad de elegir:Posibilidad de elegir:• PNP / NPNPNP / NPN• Colector abierto / Estado sólido.Colector abierto / Estado sólido.

Protecciones contra:Protecciones contra:• Cortocircuito en la carga.Cortocircuito en la carga.• Inversión de polaridad en alimentación (sólo Inversión de polaridad en alimentación (sólo

CC).CC).

Detectores a 3 hilos Detectores a 3 hilos

NPN: Carga entre +V y Salida.NPN: Carga entre +V y Salida. PNP: Carga entre Salida y 0V.PNP: Carga entre Salida y 0V.

CircuitoInterno

+V

Salida

0V

Marrón

Negro

Azul

PNP

CircuitoInterno

+V

Salida

0V

Marrón

Negro

Azul

NPN

Carga

Carga

Conexión detector 3 hilosConexión detector 3 hilos

B

KM

Conexión de un detector de 3 Hilos PNP

+

_

Detectores a 3 hilosDetectores a 3 hilos

SERIESERIE NoNo es conveniente. es conveniente. Soportan corrientes de fuga de los anteriores.Soportan corrientes de fuga de los anteriores. En conducción se reparten la tensión: Limita En conducción se reparten la tensión: Limita

la cargala carga Retrasos en conexión.Retrasos en conexión. Utilizar un diodo antirretorno (en antiparalelo) Utilizar un diodo antirretorno (en antiparalelo)

con cargas inductivas.con cargas inductivas. PARALELOPARALELO

No existen contraindicaciones.No existen contraindicaciones.

Conexión serie varios detectores 3 hilosConexión serie varios detectores 3 hilos

KM

+

_

B2B1 B3

No es conveniente

Conexión paralelo 3 detectoresConexión paralelo 3 detectores

KM

+

B2B1 B3

-