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lunes, 23 de noviembre de 2009

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miércoles, 11 de noviembre de 2009

HISTORIA DE LA PILA.

La primera pila eléctrica fue dada a conocer al mundo por Volta en 1800, mediante una carta que envió al presidente de la Royal Society londinense. Se trataba de una serie de pares de discos (apilados) de cinc y de cobre (o también de plata), separados unos de otros por trozos de cartón o de fieltro impregnados de agua o de salmuera, que medían unos 3 cm de diámetro. Cuando se fijó una unidad de medida para la diferencia de potencial, el voltio (precisamente en honor de Volta) se pudo saber que cada uno de estos elementos suministra una tensión de 0,75 V aproximadamente, pero ninguno de estos conceptos estaba disponible entonces. Su apilamiento conectados en serie permitía aumentar la tensión a voluntad, otro descubrimiento de Volta. El invento constituía una novedad absoluta y gozó de un éxito inmediato y muy merecido, ya que inició la era eléctrica en que actualmente vivimos, al permitir el estudio experimental preciso de la electricidad, superando las enormes limitaciones que presentaban para ello los generadores electrostáticos, únicos disponibles con anterioridad. Otra disposición también utilizada y descrita por Volta para el aparato estaba formada por una serie de vasos con líquido (unos junto a otros, en batería), en los que se sumergían las tiras de los metales, conectando externamente un metal con otro.
Inmediatamente empezaron a hacerse por toda Europa y América innumerables pruebas con diversos líquidos, metales y disposiciones, tratando de mejorar las características del aparato original, cosa que pocas veces se consiguió, pero que originó una infinidad de distintos tipos de pilas, de los cuales no ha quedado memoria más que de los más notables.
La pila Daniell, dada a conocer en 1836 y de la que luego se han usado ampliamente determinadas variantes constructivas, está formado por un electrodo de Zinc sumergido en una disolución de sulfato de Zinc y otro electrodo de cobre sumergido en una disolución concentrada de sulfato de cobre. Ambos electrolitos están separados por una pared porosa para evitar su reacción directa. En esta situación la tensión de disolución del zinc es mayor que la presión de los iones Zn++ y el electrodo se disuelve, emitiendo Zn++ y quedando cargado negativamente, proceso en el que se liberan electrones y que recibe el nombre de oxidación. En la disolución de sulfato de cobre, debido a su gran concentración de iones Cu++, se deposita Cu sobre el electrodo de este metal que de este modo queda cargado positivamente, mediante el proceso denominado reducción, que implica la incorporación de electrones. Esta pila presenta una diferencia de potencial de entre 1,07 y 1,14 V entre sus electrodos. Su gran ventaja respecto a otras de su tiempo fue la constancia del voltaje generado, debido a la elaborada disposición, que facilita la despolarización, y a la reserva de electrolito, que permite mantener su concentración durante más tiempo.
La pila Grove (1839) utiliza como despolarizador el ácido nítrico NO3H. Su fuerza electromotriz es de 1,9 a 2,0 V. Originariamente utilizaba platino para el ánodo, pero Cooper y Bunsen lo sustituyeron luego por carbón; el cátodo era de zinc tratado con mercurio. Fue muy apreciado por su estabilidad y su mayor energía, a pesar del gran inconveniente que representa la emisión de humos corrosivos. El mismo Grove y en el mismo año elaboró una pila que producía energía eléctrica por medio de la recombinación de hidrógeno y de oxígeno, lo que constituye el precedente de los generadores contemporáneos conocidos como pilas de combustible.
La pila Leclanché (1868) utiliza una solución de cloruro amónico en la que se sumerjen electrodos de cinc y de carbón, rodeado éste último por una pasta de dióxido de manganeso y polvo de carbón como despolarizante. Suministra una tensión de 1,5 V y su principal ventaja es que se almacena muy bien, pues el cinc no es atacado más que cuando se extrae corriente del elemento.
Este tipo de pila sirvió de base para el importante avance que constituyó la pila denominada seca, al que pertenecen prácticamente todas las utilizadas hoy. Los tipos hasta ahora descritos eran denominados húmedos, pues contenían líquidos, que no sólo hacían inconveniente su transporte, sino que solían emitir gases peligrosos y olores desagradables. Las pilas secas, en cambio, estaban formadas por un recipiente cilíndrico de zinc, que era el polo negativo, relleno de una pasta electrolítica, y por una barra de carbón en el centro (electrodo positivo), todo ello sellado para evitar fugas. Previamente se habían realizado otro tipo de pilas secas, como la de Zamboni (1812), pero eran dispositivos puramente experimentales, que no proporcionaban ninguna corriente útil. La sequedad es relativa, en primer lugar porque un elemento rigurosamente seco no suministraría electricidad alguna, de modo que lo que se encuentra en el interior de las pilas es una pasta o gel, cuya humedad se procura por todos los medios conservar, pero además porque el uso y el paso del tiempo tienden a corroer el contendedor, de modo que la pila puede verter parte de su electrolito al exterior, donde puede atacar a otros metales. Por esta razón se recomienda extraerlas cuando no se utilizan durante mucho tiempo o cuando ya han trabajado mucho. Este inconveniente está muy atenuado en los productos de finales del siglo XX gracias a la utilización de recipientes de acero inoxidable, pero todavía se produce alguna vez.
Importantes en otro sentido han sido las pilas patrón, destinadas a usos de calibración y determinación de unidades, como la pila Clark (1870), de zinc y mercurio, cuya tensión era de 1,457 V, y la pila Weston (1891), de cadmio y mercurio, con 1,018 V. Estas tensiones se miden en vacío, es decir, sin tener ninguna carga externa conectada, y a una temperatura constante de 20º C.

domingo, 8 de noviembre de 2009

LA PILA: DURACIÓN.

Lo ideal sería que las reacciones químicas internas no se produjeran más que cuando la pila esté en servicio, pero la realidad es que las pilas se deterioran por el mero transcurso del tiempo, aunque no se usen, pues los electrodos resultan atacados en lo que se conoce con el nombre de acción local. Puede considerarse que una pila pierde unos 6 mV por mes de almacenamiento, influyendo mucho en ello la temperatura. Actualmente esto no constituye un problema serio pues, dado el enorme consumo que hay de los tipos corrientes, las que se ofrecen en el comercio son de fabricación reciente. Algunos fabricantes han empezado a imprimir en los envases la fecha de caducidad del producto, lo que es una práctica encomiable.

LA PILA: VOLTAJE.

El voltaje, tensión o diferencia de potencial que produce un elemento electroquímico viene determinado completamente por la naturaleza de las sustancias de los electrodos y del electrolito, así como por su concentración. Walther Nernst obtuvo el premio Nobel de química de 1920 por haber formulado cuantitativamente y demostrado las leyes que rigen este fenómeno. La conexión de elementos en serie permite multiplicar esta tensión básica cuanto se quiera.
Las propiedades puramente eléctricas de una pila se representan mediante el modelo adjunto. En su forma más sencilla está formado por una fuente de tensión perfecta —es decir, con resistencia interna nula— en serie con un resistor que representa la resistencia interna. El condensador de la versión más compleja es enormemente grande y su carga simula la descarga de la pila. Además de ello entre los terminales también aparece una capacitancia, que no suele tener importancia en las aplicaciones de corriente continua.


Símbolo de una pila (izquierda); modelo eléctrico simplificado (centro); modelo más elaborado (derecha).
Una vez fijada la tensión, la ley de Ohm determina la corriente que circulará por la carga y consecuentemente el trabajo que podrá realizarse, siempre naturalmente que esté dentro de las posibilidades de la pila, que no son infinitas, viniendo limitadas fundamentalmente por el tamaño de los electrodos —lo que determina el tamaño externo de la pila completa— y por su separación. Estos condicionamientos físicos se representan en el modelo de generador como una resistencia interna por la que pasaría la corriente de un generador ideal, es decir, de uno que pudiese suministrar una corriente infinita al voltaje predeterminado.
Conforme la célula se va gastando, su resistencia interna va aumentando, lo que hace que la tensión disponible sobre la carga vaya disminuyendo, hasta que resulte insuficiente para los fines deseados, momento en el que es necesario reemplazarla. Para dar una idea, una pila nueva de las ordinarias de 1,5 V tiene una resistencia interna de unos 0,35 Ω, mientras que una vez agotada puede tener varios. Esta es la razón de que la mera medición de la tensión con un voltímetro no sirva para indicar el estado de una pila; en circuito abierto incluso una pila gastada puede indicar 1,4 V, dada la carga insignificante que representa la resistencia de entrada del voltímetro, pero, si la medición se hace con la carga que habitualmente soporte, la lectura bajará a 1,0 V o menos, momento en que esa pila ha dejado de tener utilidad. Las actuales pilas alcalinas tienen una curva de descarga más suave que las previas de carbón; su resistencia interna aumenta proporcionalmente más despacio.
Cuando se necesita una corriente mayor que la que puede suministrar un elemento único, siendo su tensión en cambio la adecuada, se pueden añadir otros elementos en la conexión llamada en paralelo, es decir, uniendo los polos positivos de todos ellos, por un lado, y los negativos, por otro. Este tipo de conexión tiene el inconveniente de que si un elemento falla antes que sus compañeros, o se cortocircuita, arrastra irremisiblemente en su caída a todos los demás.

Como todas las reacciones químicas, las que se producen dentro de una pila son sensibles a la temperatura, acelerándose normalmente cuando ésta aumenta, lo que se traducirá en un pequeño aumento de la tensión. Más importante es el caso de la bajada, pues cuando se alcanzan las de congelación muchas pilas pueden dejar de funcionar o hacerlo defectuosamente, cosa que suelen advertir los fabricantes. Como contrapartida, si se almacenan las pilas refrigeradas, se prolongará su buen estado.



LA PILA: PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO.

Aunque la apariencia de cada una de estas celdas sea simple, la explicación de su funcionamiento dista de serlo y motivó una gran actividad científica en los siglos XIX y XX, así como diversas teorías.
Las pilas básicamente son dos electrodos metálicos sumergidos en un líquido, sólido o pasta que se llama electrolito. El electrólito es un conductor de iones.
Cuando los electrodos reaccionan con el electrolito, en uno de los electrodos (el ánodo) se producen electrones (oxidación), y en el otro (cátodo) se produce un defecto de electrones (reducción). Cuando los electrones sobrantes del ánodo pasan al cátodo a través de un conductor externo a la pila se produce una corriente eléctrica.
Como vemos, en el fondo Se trata de una reacción de oxidación y otra de reducción que se producen simultáneamente.

LA PILA.

Una pila eléctrica es un dispositivo que convierte energía química en energía eléctrica por un proceso químico transitorio, tras de lo cual cesa su actividad y han de renovarse sus elementos constituyentes, puesto que sus características resultan alteradas durante el mismo. Se trata de un generador primario. Esta energía resulta accesible mediante dos terminales que tiene la pila, llamados polos, electrodos o bornes. Uno de ellos es el polo negativo o ánodo y el otro es el polo positivo o cátodo.
Véase también: Acumulador eléctrico
En Argentina la pila volta es una pila común. En castellano ha venido siendo costumbre llamarla así, mientras que al dispositivo recargable o acumulador, se ha venido llamando batería. Tanto pila como batería son términos provenientes de los primeros tiempos de la electricidad, en los que se juntaban varios elementos o celdas —en el primer caso uno encima de otro, "apilados", y en el segundo adosados lateralmente, "en batería"— como se sigue haciendo actualmente, para así aumentar la magnitud de los fenómenos eléctricos y poder estudiarlos sistemáticamente. De esta explicación se desprende que cualquiera de los dos nombres serviría para cualquier tipo, pero la costumbre ha fijado la distinción.
La estructura fundamental de una pila consiste en piezas de dos metales diferentes introducidas en un líquido conductor de la electricidad o electrolito.

jueves, 5 de noviembre de 2009

Electrónica digital


La electrónica digital es una parte de la electrónica que se encarga de sistemas electrónicos en los cuales la información está codificada en dos únicos estados. A dichos estados se les puede llamar "verdadero" o "falso", o más comúnmente 1 y 0, refiriéndose a que en un circuito electrónico hay (1 - verdadero) tensión de voltaje o hay ausencia de tensión de voltaje (0 - falso). Electrónicamente se les asigna a cada uno un voltaje o rango de voltaje determinado, a los que se les denomina niveles lógicos, típicos en toda señal digital. Por lo regular los valores de voltaje en circuitos electrónicos pueden ir desde 1.5, 3, 5, 9 y 18 voltios dependiendo de la aplicación, así por ejemplo, en un radio de transistores convencional las tensiones de voltaje son por lo regular de 5 y 12 Volts al igual que se utiliza en los discos duros IDE de computadora.

Se diferencia de la electrónica analógica en que, para la electrónica digital un valor de voltaje codifica uno de estos dos estados, mientras que para la electrónica analógica hay una infinidad de estados de información que codificar según el valor del voltaje.

Esta particularidad permite que, usando Álgebra Booleana y un sistema de numeración binario, se puedan realizar complejas operaciones lógicas o aritméticas sobre las señales de entrada, muy costosas de hacer empleando métodos analógicos.

La electrónica digital ha alcanzado una gran importancia debido a que es utilizada para realizar autómatas y por ser la piedra angular de los sistemas microprogramados como son los ordenadores o computadoras.

Los sistemas digitales pueden clasificarse del siguiente modo:

  • Sistemas cableados:
  • Combinacionales.
  • Secuenciales.
  • Memorias.
  • Convertidores
  • Sistemas programados:
  • Microprocesadores.
  • Microcontroladores.


miércoles, 28 de octubre de 2009

EL TRANSISTOR: HISTORIA

Fue el sustituto de la valvula termoiónica de tres electrodos o triodo, el transistor bipolar fue inventado en los Laboratorios Bell de EE.UU.en diciembre de 1947 por John Bardeen, Walter Brattain yWillian Bradford, quienes fueron galardonados con el Premio Nobel de Física en 1956.

Al principio se usaron transistores bipolares y luego se inventaron los denominados transistores de efecto de campo (FET). En los últimos, la corriente entre la fuente y la pérdida (colector) se controla usando un campo eléctrico (salida y pérdida (colector) menores). Por último, apareció el semiconductor metal-óxido FET (MOSFET). Los MOSFET permitieron un diseño extremadamente compacto, necesario para los circuitos altamente integrados (IC). Hoy la mayoría de los circuitos se construyen con la denominada tecnología CMOS (semiconductor metal-óxido complementario). La tecnología CMOS es un diseño con dos diferentes MOSFET (MOSFET de canal n y p), que se complementan mutuamente y consumen muy poca corriente en un funcionamiento sin carga.

El transistor consta de un sustrato (usualmente silicio) y tres partes dopadas artificialmente (contaminadas con materiales específicos en cantidades específicas) que forman dos uniones bipolares, el emisor que emite portadores, el colector que los recibe o recolecta y la tercera, que está intercalada entre las dos primeras, modula el paso de dichos portadores (base). A diferencia de las válvulas, el transistor es un dispositivo controlado por corriente y del que se obtiene corriente amplificada. En el diseño de circuitos a los transistores se les considera un elemento activo, a diferencia de los resistores, capacitadores einductores que son elementos pasivos. Su funcionamiento sólo puede explicarse mediante mecánica cuántica.

De manera simplificada, la corriente que circula por el "colector" es función amplificada de la que se inyecta en el "emisor", pero el transistor sólo gradúa la corriente que circula a través de sí mismo, si desde una fuente de corriente continua se alimenta la "base" para que circule la carga por el "colector", según el tipo de circuito que se utilice. El factor de amplificación o ganancia logrado entre corriente de base y corriente de colector, se denomina Beta del transistor. Otros parámetros a tener en cuenta y que son particulares de cada tipo de transistor son: Tensiones de ruptura de Colector Emisor, de Base Emisor, de Colector Base, Potencia Máxima, disipación de calor, frecuencia de trabajo, y varias tablas donde se grafican los distintos parámetros tales como corriente de base, tensión Colector Emisor, tensión Base Emisor, corriente de Emisor, etc. Los tres tipos de esquemas básicos para utilización analógica de los transistores son emisor común, colector común y base común.

Modelos posteriores al transistor descrito, el transistor bipolar (transistores FET, MOSFET, JFET, CMOS, VMOS, etc.) no utilizan la corriente que se inyecta en el terminal de "base" para modular la corriente de emisor o colector, sino la tensión presente en el terminal de puerta o reja de control y gradúa la conductancia del canal entre los terminales de Fuente y Drenador. De este modo, la corriente de salida en la carga conectada al Drenador (D) será función amplificada de la Tensión presente entre la Puerta (Gate) y Fuente (Source). Su funcionamiento es análogo al del triodo, con la salvedad que en el triodo los equivalentes a Puerta, Drenador y Fuente son Reja, Placa y Cátodo.

Los transistores de efecto de campo, son los que han permitido la integración a gran escala que disfrutamos hoy en día, para tener una idea aproximada pueden fabricarse varios miles de transistores interconectados por centímetro cuadrado y en varias capas superpuestas.



sábado, 10 de octubre de 2009

EL TRANSISTOR


TIPOS DE ENCAPSULADOS DE TRANSISTORES.

El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término "transistor" es la contracción en inglés de transfer resistor ("resistencia de transferencia"). Actualmente se los encuentra prácticamente en todos los artefactos domésticos de uso diario: radios, televisores, grabadoras, reproductores de audio y video, hornos de microondas, lavadoras, automóviles, equipos de refrigeración, alarmas, relojes de cuarzo, computadoras, calculadoras, impresoras, lámparas fluorescentes, equipos de rayos X, tomógrafos, ecógrafos, reproductores mp3, celulares, etc.


lunes, 1 de junio de 2009

GENERADOR ELÉCTRICO




Nikola Tesla, un inventor serbio-americano, descubrió el principio del campo magnético rotatorio en 1882, el cual es la base de la maquinaria de corriente alterna. También descubrió el sistema de motores y generadores de corriente alterna polifásica que da energía a la sociedad moderna. El generador eléctrico rotativo está destinado a producir fuerzas electromotrices que sean funciones sinusoidales del tiempo. Los alternadores monofásicos producen una sola fuerza electromotriz, los trifásicos producen tres y, en general, los de n fases producen n fuerzas electromotrices. El alternador es una máquina destinada a transformar la energía mecánica en eléctrica, generando, mediante fenómenos de inducción electromagnética, una corriente alterna. Los alternadores están fundados en el principio de que, en un conductor sometido a un campo magnético variable, se crea una tensión eléctrica inducida cuya polaridad depende del sentido del campo y su valor del flujo que lo atraviesa.Un alternador consta de dos partes fundamentales: un inductor que crea un campo magnético, y un inducido que es atravesado por las líneas de fuerza de dicho campo magnético. El tamaño de los alternadores es muy variable, desde los de tamaño enorme que hay en las centrales termoeléctricas, los medianos que están situados en las aerogeneradores o los pequeños alternadores que llevan instalados los automóviles y demás medios de transporte.


domingo, 10 de mayo de 2009

DISPOSITIVOS ANALÓGICOS.

Amplificador operacional: amplificación, regulación, conversión de señal, conmutación.

Condensador: almacenamiento de energía, filtrado, adaptación impedancias.

Diodo: rectificación de señales, regulación, multiplicador de tensión.

Diodo Zener: regulación de tensiones.

Inductor: adaptación de impedancias.

Potenciómetro: variación de la corriente eléctrica o la tensión.

Relé: apertura o cierre de circuitos mediante señales de control.

Resistor o Resistencia: división de intensidad o tensión, limitación de intensidad.

Transistor: amplificación, conmutación.


sábado, 9 de mayo de 2009

CIRCUITOS ELECTRÓNICOS: CONCEPTOS.

Se denomina circuito electrónico a una serie de elementos o componentes eléctricos (tales como resistencias, inductancias, condensadores y fuentes) o electrónicos, conectados eléctricamente entre sí con el propósito de generar, transportar o modificar señales electrónicas.

Los circuitos electrónicos o eléctricos se pueden clasificar de varias maneras:

Por el tipo de información: Analógicos, Digitales y Mixtos.

Por el tipo de régimen: Periódico, Transitorio y Permanente.

Por el tipo de señal: Corriente continua, Corriente alterna y Mixtos.

Por su configuración: Serie, Paralelo y Mixtos.


SerieParaleloMixtos

viernes, 8 de mayo de 2009

COMPONENTES ELECTRÓNICOS.

Para la síntesis de circuitos electrónicos se utilizan componentes electrónicos e instrumentos electrónicos. A continuación se presenta una lista de los componentes e instrumentos más importantes en la electrónica, seguidos de su uso más común:

Altavoz: reproducción de sonido.

Cable: conducción de la electricidad.

Conmutador: reencaminar una entrada a una salida elegida entre dos o más.

Interruptor: apertura o cierre de circuitos, manualmente.

Pila: generador de energía eléctrica.

Transductor: transformación de una magnitud física en una eléctrica.

Visualizador: muestra de datos o imágenes.

jueves, 7 de mayo de 2009

SEÑALES ELECTRÓNICAS

Es la representación de un fenómeno físico o estado material a través de una relación establecida; las entradas y salidas de un sistema electrónico serán señales variables.

En electrónica se trabaja con variables que toman la forma de Tensión o corriente estas se pueden denominar comúnmente señales.Las señales primordialmente pueden ser de dos tipos:

Variable analógica–Son aquellas que pueden tomar un número infinito de valores comprendidos entre dos límites. La mayoría de los fenómenos de la vida real dan señales de este tipo. (presión, temperatura, etc.)

Variable digital– También llamadas variables discretas, entendiéndose por estas, las variables que pueden tomar un número finito de valores. Por ser de fácil realización los componentes físicos con dos estados diferenciados, es este el número de valores utilizado para dichas variables, que por lo tanto son binarias. Siendo estas variables más fáciles de tratar (en lógica serian los valores V y F) son los que generalmente se utilizan para relacionar varias variables entre si y con sus estados anteriores.

martes, 5 de mayo de 2009

¿ QUE SON LOS POTENCIÓMETROS ?

Potenciómetros o resistencias variables son resistencias que varían su valor determinado por variación de un cursor que lleva en su característica constructiva. El presente video de DFA, trata de las resistencias variables y se componen de cuatro microvideos y son:

¿Qué son las resistencias variables?
Modelos de potenciómetros
Conexionado de los potenciómetros
Aplicación en el automóvil

lunes, 4 de mayo de 2009

LOS SEMICONDUCTORES.

Los semiconductores son cuerpos que permiten el paso de la corriente con mucha dificultad y en determinadas condiciones. En este video de DFA, se explica que son los semiconductores, tipos de éstos (P-N), la uniones tipo P-N y su polarización.




Por otra parte, en este video de GM, se hace una introducción a los semiconductores. Este vídeo es muy didáctico y nos presenta el dopado para la realización de los semiconductores de tipo P y de tipo N.

miércoles, 29 de abril de 2009

GE LOGRA METER 100 DVDs EN UN SOLO DISCO Y A BAJO COSTO



Científicos del GE Global Research Center GE en Nueva York acaban de anunciar un gran avance en la industria del almacenamiento de datos:
Lograron demostrar con éxito, en laboratorio, una tecnología capaz de almacenar 500 gigabytes en un solo disco de bajo costo y del tamaño de un DVD tradicional. Según ellos, esto equivale a 4 mil veces más información de lo que un cerebro humano puede retener durante la vida promedio de una persona.
La nueva técnica codifica los datos en patrones de luz específicos para posteriormente almacenarlos sobre un material sensible a la luz formando hologramas microscópicos. Éstos actúan como pequeños espejos refractando los patrones luminosos al momento de que el láser actúa sobre ellos.
El almacenamiento holográfico permite almacenar paquete de datos de una manera mucho más densa sobre una superficie en particular que la tecnología óptica convencional que se encuentra en los DVDs comunes.
La ventaja de esta técnica es que el sistema no utiliza la superficie de un disco, sino que todo el volumen del mismo. Algo asó como almacenamiento en 3 dimensiones donde se aprovecha cada rincón del disco.
El proceso de lectura es similar al de los sistemas Blu-ray actuales, pero ofreciendo 20 veces la capacidad de almacenamiento que una sola capa de disco Blu-ray.
En la actualidad existen varias tecnologías que usan la técnica holográfica de almacenamiento, pero ninguna ha llegado a una etapa done sea factible producirlo en masas para que sea comercialmente factible. La nueva tecnología de GE promete romper con la barrera del precio y lograr producir una solución a nivel comercial.

martes, 28 de abril de 2009

EL PLC: DIAGRAMAS DE ESCALERA ( VI )

A continuación tenemos un ejemplo de cómo la acción de tres interruptores de entrada es convertida en una función lógica elaborada gracias a la programación llevada a cabo sobre el PLC con la ayuda de la computadora:


En este caso, tenemos tres interruptores X1, X2 y X3 de activación manual, todos ellos normalmente abiertos, conectados a sus respectivas entradas al PLC, en el cual gracias a la programación llevada a cabo con la ayuda de la computadora son combinados para formar la siguiente función Boleana:
Y1 = X1∙X2 + X2∙X3 + X1∙X3Con la misma facilidad con la cual formamos esta función Boleana a partir de los tres interruptores conectados a las entradas del PLC podríamos haber formado funciones Boleanas más complejas aún, lo cual nos dá una muestra de las enormes ventajas que tiene el darle capacidades de programación a los controladores lógicos.Ahora se mostrará la implementación en un PLC de algo que ya vimos aquí previamente; la dotación de una "memoria" a una configuración usando para ello la retroalimentación:





En este esquema, podemos ver en el diagrama de escalera que si se oprime manualmente el botón interruptor normalmente abierto X1, identificado como "Activación del Motor", la salida del relevador de control Y1 será energizada con lo cual dicho relevador cerrará uno de sus contactos permitiendo con ello que un motor M1 sea echado a andar. Pero al mismo tiempo, otro de los contactos del relevador de control que está en combinación lógica OR con X1 será también cerrado. Este es el contacto normalmente abierto Y1, y aunque el botón interruptor X1 deje de ser oprimido el motor seguirá trabajando por el efecto "memoria" que está proporcionando la retroalimentación de Y1 hacia sí mismo a través de uno de sus contactos. Si queremos detener el movimiento del motor, tenemos que abrir el contacto normalmente cerrado X2 oprimiendo dicho botón. Obsérvese que en el diagrama de escalera antes de comenzar la acción el interruptor X2 no es mostrado de color rojo pese a que el foquito LED del PLC está encendido indicando suministro de energía, en virtud de que a X2 se le considera "encendido" cuando el contacto es abierto por acción del usuario. El empleo de relevadores electromecánicos de uso pesado para este tipo de función es más común de lo que muchos pudieran imaginarse: cada vez que una persona entra a un ascensor y oprime un botón que marque un piso diferente al piso en el que se encuentra, la puerta del ascensor se cierra y la persona es llevada hacia el piso seleccionado sin necesidad de que la persona tenga que seguir manteniendo oprimido el botón correspondiente a dicho piso. Y una vez que ha llegado a dicho piso, otro contacto interruptor normalmente cerrado se abre "limpiando" con ello la memoria de la requisición del usuario. Pero este tipo de circuito puede trabajar en forma completamente automática sin intervención humana, como lo muestra el siguiente ejemplo animado de un tanque de almacenamiento de líquidos que consta de dos sensores que detectan uno de ellos un nivel bajo de líquido y el otro un nivel alto de líquido (ampliar imagen para poder ver la acción con efectos animados):






En este ejemplo, al principio el tanque está inicialmente vacío y todos los interruptores están en la condición de "verdadero" (True). En el monitor de una computadora que supervisa no sólo lo que ocurre en el diagrama de escalera (puesto a la derecha) sino inclusive en una representación pictográfica de lo que se está controlando (puesto a la izquierda), al empezar con el tanque vacío todos los interruptores aparecen de color verde al igual que los sensores de un nivel bajo del líquido (low level) y un nivel alto del líquido (high level). Estos dos sensores son las entradas en el diagrama de escalera. Es importante remarcar aquí antes de que el ejemplo se pueda prestar a confusiones que en esta representación visual se utiliza el mismo símbolo para un interruptor normalmente cerrado que el que se usa para un interruptor normalmente abierto, y la labor de distinción se debe hacer tomando en cuenta lo que ocurre en el diagrama pictográfico a la izquierda. Al comienzo, el motor de llenado de líquido (fill motor) que aparece como una salida puesta en el segundo peldaño del diagrama de escalera es energizado gracias al contacto normalmente cerrado en el segundo peldaño que es un contacto perteneciente al relevador de control cuya salida a su vez está puesta en la esquina superior derecha del primer peldaño del diagrama de escalera; por lo tanto al comienzo el motor se encuentra trabajando llenando el tanque de líquido. Podemos concluír que los dos interruptores puestos en el primer peldaño del diagrama de escalera son interruptores normalmente cerrados ya que de otra forma por estar ambos en configuración AND el motor de llenado no podría estar trabajando. Al irse llenando el tanque, el sensor de nivel bajo de líquido eventualmente es activado pasando con ello de la condición de "verdadero" (True) a la condición "falsa" (False), destacada con letras de color rojo en el primer interruptor (normalmente cerrado) puesto en el extremo izquierdo del primer peldaño que corresponde precisamente al sensor de nivel bajo de líquido. En el diagrama pictográfico, el mismo sensor de nivel bajo de líquido cambia de color verde a color rojo resaltando su activación. Pero el llenado de líquido no se detiene al abrirse este interruptor, ya que por el efecto "memoria" la corriente eléctrica encuentra un camino alterno (indicado por una línea de color azul). Eventualmente, el tanque se sigue llenando hasta que el sensor de nivel alto de líquido es activado pasando también de la condición de "verdadero" (True) a la condición "falsa" (False). Al ocurrir esto, el segundo interruptor normalmente cerrado del primer peldaño pasa de "verdadero" (True) a la condición "falsa" (False), lo cual corta definitivamente el suministro de energía a la salida correspondiente al relevador de control del motor de llenado que también entra en condición False al ser apagada . De este modo, queda claro que los dos interruptores que aparecen en el primer peldaño del diagrama de escalera son los que corresponden a las entradas proporcionadas por ambos sensores de nivel alto y nivel bajo de líquido. Al apagarse el relevador de control, su salida con la cual se está retroalimentando pasa también a la condición False al igual que su salida con la cual estaba permitiendo la energización del motor de llenado en el segundo peldaño. Es así como todos los interruptores entran en la condición de False en el diagrama de escalera. Al apagarse el motor, el nivel del líquido en el tanque empieza a descender conforme a su uso normal, hasta que eventualmente el nivel del líquido está por debajo del sensor del nivel alto que con ello pasa de la condición False a la condición True. Pero esto no es suficiente para echar a andar el motor de llenado de líquido, ya que es necesario que el sensor de nivel bajo de líquido también entre en la condición True para que el motor empiece a funcionar al energizarse de nuevo el relevador de control, lo cual ocurre eventualmente dando inicio a un nuevo ciclo de llenado automático del tanque.El circuito que acabamos de estudiar es un circuito de ciclo perpetuo. Una vez que ha sido echado a andar, continuará trabajando por sí solo sin intervención humana de ningún tipo mientras reciba suministro de corriente y mientras no falle alguno de los componentes.Independientemente de que las computadoras que llevan a cabo las funciones de inteligencia sobre un PLC han ido aumentando enormemente en grado de sofisticación, los mismos PLC han ido evolucionando en capacidad y en funciones, a grado tal que muchos de los relevadores electromecánicos que dieron origen al PLC son prácticamente obsoletos, desplazados por la presencia de semiconductores de alta potencia capaces de manejar voltajes y corrientes elevados. A continuación tenemos una muestra de un "relevador" de estado sólido en el cual ya no hay bobinas de alambre ni resortes ni palancas mecánicas móviles:
















En este relevador de estado sólido, mejor conocido como opto-acoplador (opto-coupler) hay un aislamiento eléctrico total entre su entrada y su salida en virtud de que el acoplamiento interno entre la entrada y la salida se lleva a cabo por medio de la luz, con un diodo LED emitiendo un haz luminoso al cerrarse el interruptor a la entrada, haz luminoso que pone en funcionamiento un opto-triac permitiendo el paso de la corriente alterna a través de la carga. Obsérvese que con esta configuración la entrada es alimentada con una fuente de corriente directa, mientras que la carga recibe por su parte la energía de una fuente de corriente alterna, y todo ello sin necesidad de recurrir a electrónica interna costosa, lo cual ha sido posible gracias al advenimiento de la optoelectrónica que proporciona este tipo de aislamientos entre circuitos distintos utilizando a la luz como intermediaria.Un PLC de "nueva generación" es el Allen-Bradley PLC5, expandible a base de módulos, el cual se muestra a continuación:






















La "rejilla" (rack) que alberga los módulos incluye como mínimo una fuente de poder que sea capaz de alimentar las funciones básicas de procesamientos de todos los módulos que sean montados en ella, y debe incluír también un módulo especial fijo (permanente, no-removible) que incorpore un microprocesador o un microcontrolador que llevará a cabo las funciones de control y programación interna dentro del PLC tanto de las entradas como de las salidas. Los módulos opcionales generalmente son módulos para poder manejar entradas o para poder manejar salidas, con distintas capacidades según lo requieran las necesidades de los clientes. Si alguna aplicación requiere súbitamente aumentar el número de relevadores de control de salidas de cinco a treinta, por ejemplo, no hay necesidad de tener que adquirir otro PLC completamente nuevo perdiéndose con ello la inversión original, sólo es necesario adquirir otro módulo para poder aumentar así la capacidad de manejo de salidas del PLC. Esta es esencialmente la idea detrás de la principal ventaja de la modularidad, en contraste con los PLCs que son vendidos como cajas "cerradas" cuyas capacidades no pueden ser ampliadas posteriormente, y es una de las razones por las cuales la computadora de escritorio no ha podido reemplazar por completo a los PLCs como en un principio se creyó que ocurriría.Un PLC de este tipo ofrece una gran flexibilidad a un costo igualmente grande, aunque para aplicaciones de automatización y control industrial y comercial existen controladores lógicos más económicos que inclusive además de ser portátiles se pueden programar directamente en el área de trabajo empleándose la carátula en la cual aparece el diagrama de escalera como medio visual para poder leer, interpretar, y reprogramar si es necesario, cualquiera de los parámetros de los que consta alguna aplicación, como lo es el caso del controlador ZEN fabricado por la empresa japonesa Omron:

Hemos hablado aquí de los controladores lógicos programables, desarrollados a fines de los años sesenta, los cuales están siendo reemplazados por los más modernos controladores programables de automatización (Programmable Automation Controller o PAC), los cuales ofrecen la posibilidad de utilizar algoritmos avanzados de control, manipulación extensiva de bases de datos, simulación de procesos complejos, procesamiento veloz bajo control de microprocesador, y capacidad en el manejo de rangos de memorias que están fuera del alcance de los PLCs.

EL PLC: DIAGRAMAS DE ESCALERA ( V )

Esto lo podemos enunciar mediante un

PROBLEMA: Construír, sobre un diagrama de escalera, el equivalente funcional de un flip-flop J-K tal que los cambios de estado ocurran durante la transición positiva de los "pulsos de reloj".Un equivalente funcional del flip-flop J-K construído con relevadores electromecánicos tiene la siguiente representación en un diagrama de escalera:


Este flip-flop J-K, como puede apreciarse analizando el diagrama de escalera, es un flip accionado con las transiciones positivas de los "pulsos de reloj", lo cual en este caso equivale a la cerradura del contacto normalmente abierto C. En este diagrama tenemos los contactos equivalentes a las terminales J y K así como las salidas Q y Q del flip-flop. Este flip-flop J-K electromecánico actúa de la siguiente manera: Cuando las "entradas" J y K son iguales a un "1" lógico, lo cual en este caso requiere que los contactos normalmente abiertos sean cerrados, el flip-flop cambiará de estado con cada transición positiva en la entrada C, o sea cada vez que el contacto normalmente abierto C sea cerrado. Si la entrada J es igual a un "1" lógico y la entrada K es igual a un "0" lógico, el flip-flop entrará en el estado Q=1 (Q=0) cuando el contacto normalmente abierto C sea cerrado, independientemente del estado anterior que el flip-flop haya tenido. Si la entrada J es igual a un "0" lógico y la entrada K es igual a un "1" lógico, el flip-flop entrará en el estado Q=0 (Q=1) cuando el contacto normalmente abierto C sea cerrado, independientemente del estado anterior que el flip-flop haya tenido. Y si ambas entradas J y K están puestas a un "0" lógico, el estado del flip-flop no cambiará ante las transiciones que ocurran en la entrada C.Recordemos de la sección de problemas resueltos del texto principal cómo del flip-flop J-K podemos derivar los demás flip-flops restantes, tanto el flip-flop T como el flip-flop D. Esto sigue siendo igualmente válido e igualmente fácil de lograr sobre un diagrama de escalera usando relevadores electromecánicos:

PROBLEMA: Construír, sobre un diagrama de escalera, el equivalente funcional de un flip-flop T tal que sus cambios de estado ocurran durante la transición positiva de los "pulsos de reloj".Recuérdese que el flip-flop T es un flip-flop sin terminales de entrada J-K, el cual simplemente cambia de estado con cada transición positiva (o negativa, según sea el caso) en su única terminal de entrada. Esto lo podemos lograr sobre el diagrama anterior substituyendo en dicho diagrama los contactos normalmente abiertos J y K por una conexión "directa" que garantizará el equivalente permanente de un "1" lógico puesto todo el tiempo sobre dichas terminales, con lo cual tendremos un flip-flop de una sola entrada que cambiará de estado cada vez que el contacto normalmente cerrado C se cierre. El diagrama de escalera para este flip-flop J-K será entonces:



Puesto que todas las funciones lógicas combinatorias y secuenciales se pueden implementar mediante relevadores electromecánicos, y puesto que las computadoras de uso actual están construídas con semiconductores que implementan funciones lógicas combinatorias y secuenciales, esto podría hacer suponer que, en principio, podemos construír una computadora de principio a fin utilizando relevadores electromecánicos. Esto fue precisamente lo que se hizo cuando se construyó en los Estados Unidos la computadora Harvard Mark I y en Alemania cuando se construyó la computadora

Z3:http://en.wikipedia.org/wiki/Harvard_Mark_Ihttp://en.wikipedia.org/wiki/Z3_(computer)


Sin embargo, aún para nuestros tiempos, una computadora construída con relevadores electromecánicos sigue teniendo un costo mucho mayor que una computadora construída con semiconductores, además de ser muchísimo más lenta que su contraparte construída con millones de transistores puestos en un solo "chip" semiconductor.La desventaja de relevadores de retardo de tiempo como los que se han señalado aquí como ejemplos es que los rangos de tiempo que pueden ser seleccionados son sumamente limitados, y una vez que han sido seleccionados solo pueden ser alterados manualmente cada vez que ello sea necesario, lo cual es contrario al espíritu de la automatización. Esta desventaja puede ser superada construyendo relevadores de retardo de tiempo que puedan ser programables a través de una circuito controlador, lo cual nos lleva a la necesidad del diseño de controladores programables.La idea esencial para construír un controlador programable consiste en construír primero un módulo que contenga no uno sino varios relevadores, y el cual en su parte frontal quizá tendrá un aspecto como el siguiente:




Obsérvese que del lado izquierdo tenemos una hilera de tornillos identificados con los símbolos X propios de las entradas representadas en un diagrama de escalera, mientras que del lado derecho tenemos una hilera de tornillos identificados con los símbolos Y propios de las salidas de un diagrama de escalera, siguiendo la práctica de que en los diagramas de escalera las entradas son representadas del lado derecho y las salidas del lado izquierdo. Como el PLC al igual que cualquier otro aparato eléctrico también requiere energía para poder funcionar, este PLC recibe su energía mediante los tornillos L1 y L2 conectados a los rieles de la escalera. Las entradas al PLC serán tomadas del mundo exterior a través de interruptores o sensores y los cables de señal serán fijados en el PLC precisamente con los tornillos. Lo mismo ocurre con las salidas. El uso de tornillos para el fijamiento de cables y alambres es una cuestión de comodidad y conveniencia para los técnicos que habrán de darle mantenimiento a este tipo de aparatos, ya que la alternativa de soldar requiere herramientas que van más allá del uso de un simple desarmador.A continuación, suponiendo que los rieles de la escalera están siendo alimentados con un voltaje de 120 volts AC, podemos ver cómo la entrada X1 a nuestro PLC es energizada al cerrarse el contacto que corresponde a dicha entrada (el multímetro nos confirma la presencia del voltaje de 120 VAC entre la terminal de entrada X1 y la terminal común identificada como Common):








El uso de una terminal común Common nos ayuda a reducir la cantidad de alambrado requerida. Sin la terminal común, se requerirían varios pares de cables para proporcionarle energía a cada una de las entradas X del PLC. Usando un cable común de "retorno de corriente" para todos los casos, la cantidad de alambrado se reduce a la mitad. Podemos ver en la representación de nuestro PLC que a un lado de cada tornillo que corresponde a cada terminal de entrada hay un foquito LED que se enciende confirmándole al técnico la activación de dicha entrada.Ahora tenemos a nuestro PLC energizando la salida Y1 al ser activada dicha salida (el multímetro nos confirma la presencia del voltaje de 120 VAC que está recibiendo la carga):










Posiblemente el lector ya se estará preguntando cuál es la función del conector pequeño que aparece en la parte inferior del PLC identificado como Programming Port.En tiempos de antaño, antes de que hicieran su aparición los transistores, los circuitos integrados y los microprocesadores, la "programación" por así llamarla se llevaba a cabo manualmente, implementándose todo con relevadores electromecánicos ordinarios y con relevadores de retardo de tiempo, con todas las desventajas operacionales que ello implicaba aunque con la relativa simpleza del mantenimiento de equipos de control automático construído con tales controladores. El PLC que hemos descrito, trabajando prácticamente por sí solo, aún se encuentra en numerosas aplicaciones "viejitas". Pero la revolución tecnológica que estamos viviendo está haciendo posible algo que en otros tiempos hubiera sido impensable: conectar el PLC directamente a una computadora personal PC dejándole a la computadora muchas de las labores de "inteligencia". Esto en otros tiempos hubiera estado fuera de cualquier presupuesto porque mientras que un controlador básico podía tener un costo de algunos cientos de dólares, las computadoras que había tenían un costo de varios millones de dólares. Hoy que la brecha se ha cerrado, la conexión de un PLC a una computadora de escritorio (o inclusive a una computadora portátil de bolsillo) se lleva a cabo precisamente mediante un conector en el PLC identificado con algún nombre como puerto de programación, el cual todavía hasta hace poco era conectado a una computadora a través de un cable bajo el protocolo RS-232 pero más recientemente se está conectando a través de un cable bajo el protocolo USB.La ventaja inmediata de poder conectar un PLC a una computadora es que en la misma computadora se puede echar a andar algún programa que no sólo muestre el diagrama de escalera que está siendo implementado, sino que inclusive a través del mismo teclado se pueden modificar muchos de los parámetros en el diagrama de escalera sin necesidad de tener que meter la mano dentro del PLC. Todo se lleva a cabo hoy en día directamente desde la computadora.A continuación tenemos un esquema que ilustra la idea básica de lo que acabamos de describir:












El recuadro de color ciano representa el monitor de una computadora. El interruptor conectado a la entrada X1 del PLC es representado con el mismo símbolo en el monitor de la computadora en un diagrama de escalera, mientras que el foco conectado a la salida Y1 del PLC es representado también como Y1. Cuando se cierra el interruptor X1 y se energiza la carga Y1, ambas acciones aparecen actualizadas de inmediato en el monitor de la computadora en donde tanto el símbolo para X1 como el símbolo para Y1 se tiñen de color rojo (por su parte, en la misma carátula del PLC se encienden los foquitos LED situados a un lado de los tornillos correspondientes al alambre de entrada a X1 y al alambre de salida a Y1 confirmándole al técnico que esas conexiones al PLC han sido activadas):







Si queremos convertir la entrada X1 en un interruptor normalmente cerrado en vez del interruptor normalmente abierto que tenemos aquí, ya no es necesario "salir afuera" con un desarmador en la mano. Con unas modificaciones a través del teclado de la computadora podemos hacer el cambio como el que vemos en el siguiente dibujo:








Esta figura parece igual a la figura anterior. Sin embargo, si observamos con cuidado, veremos que en el monitor de la computadora X1 ya no aparece en el diagrama de escalera como un interruptor normalmente abierto sino como un interruptor normalmente cerrado. En el circuito físico, podemos ver que el interruptor no ha sido "cerrado" y por lo tanto el foquito LED en el PLC está apagado. Pero como X1 ha sido "convertido" por acción de programación en la computadora en un interruptor normalmente cerrado, el hecho de que esté abierto implica que estará suministrando energía para activar la salida Y1 como nos lo confirman tanto el foquito LED en el PLC como el monitor de la computadora. Del mismo modo, si queremos variar un retardo de tiempo en la acción de alguna de las salidas, ya no tenemos que salir para andar moviendo perillas, lo podemos hacer también desde el teclado de la computadora, pudiendo variar el retardo de tiempo en cualquier salida desde microsegundos o milisegundos hasta varias horas o días, con una precisión cronométrica que los hoy ya prácticamente obsoletos relevadores de retardo de tiempo no podían proporcionar.

lunes, 27 de abril de 2009

EL PLC: DIAGRAMAS DE ESCALERA ( IV )

Veamos ahora otro diagrama de escalera en el cual usaremos otro tipo de relevador de tiempo:


En este caso, tenemos otro tipo de relevador de retardo de tiempo. Esto debe ser obvio por la diferencia en el símbolo del contacto interruptor TD1; en el diagrama de escalera previo el símbolo era la punta de una flechita empujando el contacto normalmente cerrado hacia arriba dando a entender que en tal relevador de tiempo el contacto normalmente cerrado se abre después de que ha transcurrido un tiempo prefijado, mientras que aquí en este diagrama de escalera el símbolo del contacto interruptor TD1 es la punta de la flechita apuntando hacia abajo, como si estuviera "jalando" al interruptor normalmente cerrado. En este caso, se trata de un relevador de tiempo que es capaz de tener un "pulso" de salida con una duración de tiempo mayor que la entrada que accionó al relevador de tiempo, lo cual es resaltado con los diagramas de tiempo. Aquí, al cerrarse momentáneamente el interruptor X1, el contacto TD1 en el segundo peldaño se activa inmediatamente y permanecerá cerrado aún después de que el interruptor X1 es regresado nuevamente a su condición de interruptor abierto. El tiempo que este relevador de tiempo mantiene cerrado el contacto TD1 suministrando energía a la carga de salida empieza a correr después de que el contacto X1 es devuelto a su condición de normalmente abierto, lo cual no impide que el relevador TD1 continúe operando.En general, se pueden clasificar cuatro tipos diferentes de relevadores de tiempo:(1) El relevador de tiempo del tipo "normalmente abierto - apertura cronometrada". En este relevador el contacto normalmente abierto se cierra inmediatamente al energizar su bobina, y se abre a un tiempo predeterminado después de haber sido desenergizada la bobina.(2) El relevador de tiempo del tipo "normalmente abierto - cerradura cronometrada". En este relevador el contacto normalmente abierto se cierra a un tiempo predeterminado después de haber sido energizada su bobina. Si en cualquier momento la bobina es desenergizada, el contacto de este relevador se abre inmediatamente sin importar su condición anterior.(3) El relevador de tiempo del tipo "normalmente cerrado - apertura cronometrada". En este relevador el contacto normalmente cerrado se abre a un tiempo predeterminado después de haber sido energizada su bobina. Si en cualquier momento la bobina es desenergizada el contacto de este relevador se cierra inmediatamente sin importar su condición anterior.(4) El relevador de tiempo del tipo "normalmente cerrado - cerradura cronometrada". En este relevador el contacto normalmente cerrado se abre inmediatamente al energizar su bobina, y se cierra a un tiempo predeterminado después de haber sido desenergizada la bobina.La simbología utilizada para la representación de estos cuatro tipos diferentes de relevadores de tiempo varía según el fabricante y los textos consultados. Una representación usada con cierta frecuencia es aquella en la cual cada tipo de relevador de tiempo es identificado por la forma en que son dibujados sus contactos, tal y como lo hemos hecho en los dos últimos diagramas de escalera que acabamos de estudiar. Usando este tipo de simbología, los dibujos que corresponden a cada uno de los cuatro tipos mencionados son los siguientes:


La anterior clasificación puede dejar al lector con la impresión de que un fabricante necesitaría construír cuatro tipos diferentes de relevadores de tiempo para satisfacer todos los requerimientos posibles de todos sus clientes, pero esto no es así, ya que por principio de cuentas de un relevador de tiempo del tipo "normalmente abierto - apertura cronometrada" se puede obtener el relevador de tiempo del tipo "normalmente cerrado - cerradura cronometrada" si es construído desde un principio con contactos normalmente abiertos y normalmente cerrados, mientras que de un relevador de tiempo del tipo "normalmente abierto - cerradura cronometrada" se puede obtener el relevador de tiempo del tipo "normalmente cerrado - apertura cronometrada" si también es construído desde un principio con contactos normalmente abiertos y normalmente cerrados.Más aún, se puede obtener un relevador de tiempo de acción retardada de uno de acción inmediata o viceversa como lo muestra el siguientePROBLEMA: A partir de un relevador de tiempo "normalmente cerrado - apertura cronometrada", obtener el equivalente de un relevador de tiempo "normalmente abierto - apertura cronometrada".En este caso, el relevador de tiempo "normalmente cerrado - apertura cronometrada" es un relevador de acción retardada (el contacto normalmente cerrado se abre después de cierto tiempo) mientras que el relevador de tiempo "normalmente abierto - apertura cronometrada" es un relevador de acción inmediata (el contacto normalmente abierto se cierra de inmediato).En el circuito mostrado en el siguiente diagrama de escalera:



la acción resultante del circuito será obtenida (observada) en la salida Y (que supondremos se trata de una lámpara). Al oprimirse momentáneamente el botón X, el relevador ordinario CR1 es activado a través del contacto TD1 en el primer peldaño, y permanecerá activado aún después de soltarse el botón X en virtud del contacto normalmente abierto CR1 en combinación lógica OR con el botón interruptor en virtud de haberse cerrado. En el segundo peldaño, el contacto normalmente abierto CR1 también se ha cerrado empezando con la energización de la bobina del relevador de tiempo TD1, y el contacto normalmente abierto CR1 en el tercer peldaño también se energiza activando la salida Y. Resulta obvio que el relevador de tiempo TD1 es un relevador del tipo "normalmente cerrado - apertura cronometrada" porque así lo identifica el símbolo de su contacto puesto en el primer peldaño. Al cabo de un cierto tiempo predeterminado, el relevador de tiempo TD1 actúa de manera tal que el contacto normalmente cerrado TD1 en el primer peldaño se abre, interrumpiendo la alimentación de corriente al relevador ordinario CR1. Esto hace que se corte la energía al relevador de tiempo TD1 en el segundo peldaño y que se corte también la energía a la salida Y. De haber utilizado únicamente el relevador de tiempo TD1 por sí solo, la lámpara Y se habría encendido un tiempo después de haber estado manteniendo oprimido el botón X, mientras que en esta configuración la lámpara Y se enciende de inmediato y se apaga después del tiempo predeterminado.Con la disponibilidad de relevadores de tiempo de uso pesado, podemos hacer una mejora adicional sobre el circuito de control presentado anteriormente para un motor reversible capaz de girar en una dirección (forward) o en la dirección contraria (reverse) según se requiera. Si el motor estuviera moviendo una carga pesada, por ejemplo un abanico grande, el motor podría continuar girando por su propia inercia durante cierta cantidad de tiempo aún después de haberse oprimido el botón stop, lo cual podría representar un problema en caso de que el operador tratase de invertir la dirección del motor sin esperar a que el abanico se haya detenido completamente. Si el abanico continúa girando mientras va perdiendo velocidad y el botón reverse fuera oprimido antes de que el abanico se haya detenido completamente, el motor trataría de sobreponerse a la inercia rotatoria del abanico al intentar ponerse en marcha en reversa, para lo cual tendría que "jalar" cantidades mayores de corriente eléctrica reduciendo con este maltrato tanto la vida del motor como los engranajes mecánicos del abanico y el abanico mismo. Para impedir que esto pueda ocurrir, queremos añadir alguna función de retardo de tiempo al circuito de control del motor para impedir la ocurrencia de un arranque prematuro. Esto lo podemos lograr agregando un par de relevadores de retardo de tiempo TD1 y TD2, cada uno de ellos puestos en paralelo con cada contactor M1 y M2:




Obsérvese que estamos utilizando aquí dos relevadores del tipo normalmente cerrado - cerradura cronometrada. Al utilizar relevadores de tiempo que tardan en volver a su estado normal, estos relevadores nos pueden proporcionar una "memoria" relacionada con el sentido más reciente del giro del motor. Lo que queremos que haga cada uno de los relevadores de tiempo es abrir el brazo de arranque de la dirección opuesta de rotación por varios segundos mientras el abanico se detiene por completo.Si el motor ha estado girando en la dirección forward, tanto el contactor M1 como el relevador de tiempo TD1 habrán estado energizados. De ser así, los contactos normalmente cerrados del relevador TD1 se abrán abierto inmediatamente al haber sido energizado dicho relevador. Cuando el botón stop es oprimido, el contacto TD1 esperará un tiempo predeterminado antes de regresar a su estado normalmente cerrado, manteniendo el circuito correspondiente al botón reverse abierto durante todo ese tiempo, de modo tal que el contactor M2 no podrá ser energizado aunque se oprima el botón reverse. Al cumplir el relevador TD1 con su tiempo predeterminado, el contacto TD1 se cerrará y permitirá que el contactor M2 pueda ser energizado si se oprime el botón reverse. Del mismo modo, el relevador de retardo de tiempo TD2 impedirá que el botón forward pueda energizar al contactor M1 hasta en tanto que el retardo de tiempo prescrito para el relevador TD2 (y el contactor M2) no se haya cumplido.Un circuito de control como el que acabamos de ver generalmente puede ser simplificado con un poco de análisis. Si ponemos un poco de atención, descubriremos que las funciones de protección llevadas a cabo por los relevadores de tiempo TD1 y TD2 han vuelto innecesarios los contactos normalmente cerrados M1 y M2 que habíamos puesto para la función de interlock en caso de que un operador del circuito oprima al mismo tiempo los botones forward y reverse. Por lo tanto, podemos prescindir por completo de tales contactos y utilizar simplemente los contactos TD1 y TD2, puesto que estos se abren inmediatamente en cuanto las bobinas respectivas de dichos relevadores son energizadas, sacando "fuera" a un contactor si el otro contactor es energizado. De este modo, cada relevador de tiempo puede ser usado para una función dual: impidiendo que el otro contactor pueda ser energizado cuando el motor está girando en una dirección, y evitando que tal contactor se pueda energizar hasta que el motor no se haya detenido por completo. Es así como llegamos al siguiente circuito de control simplificado:





Se había afirmado anteriormente que todos los circuitos lógicos, tanto aquellos que forman parte de la lógica combinatoria como los que forman parte de la lógica secuencial construída a base de flip-flops, tienen una implementación equivalente en los diagramas de escalera, pero que en el caso de la lógica secuencial necesitábamos un relevador que nos permitiera efectuar operaciones cronometrizadas. Esto ya lo tenemos con cuatro diferentes tipos de relevadores de tiempo a nuestra disposición, lo cual nos permite llevar a cabo la construcción del elemento lógico secuencial más importante de todos: el flip-flop J-K.

EL PLC: DIAGRAMAS DE ESCALERA ( III )

Si pudimos encontrar el equivalente de las tres funciones lógicas básicas dentro de los diagramas de escalera, si hemos podido construír el equivalente de sistemas con memoria mediante los diagramas de escalera, ¿acaso no será posible construír también el equivalente de otros componentes y bloques lógicos en los diagramas de escalera? Tomemos por ejemplo el flip-flop R-S, el cual se puede construír utilizando ya sea bloques NAND o bloques NOR. Los bloques NOR y los bloques NAND se obtienen con las tres funciones lógicas básicas, mismas funciones que también existen en los diagramas de escalera. Y la función de retroalimentación empleada para construír un flip-flop R-S también puede ser implementada en los diagramas de escalera. Esto nos debe convencer de que, en principio, debemos poder construír algo equivalente en funciones al flip-flop R-S dentro de los diagramas de escalera. Esta sospecha nos conduce a un circuito que podemos considerar como una solución al siguiente:


PROBLEMA: Diseñar el equivalente de un flip-flop R-S usando un diagrama lógico de escalera.Un esquema funcional representativo de lo que andamos buscando es el siguiente:



Si el interruptor normalmente abierto X1 es cerrado así sea momentáneamente, al energizarse el relevador de control CR1 éste relevador por el efecto de la retroalimentación del mismo peldaño que lo alimenta se enciende y se queda encendido, lo cual hace que la salida Y1 en el tercer peldaño se "encienda". Al quedarse encendido CR1 después de haberse oprimido X1, el interruptor normalmente cerrado CR1 que está puesto en el segundo peldaño se abre, cortando así cualquier suministro de corriente que pudiera estarse dando a través de la retroalimentación en dicho peldaño al relevador de control CR2. En otras palabras, esto "limpia" la "memoria" que pudiera haber habido en el segundo peldaño, "apagando" al relevador CR2, lo cual hace que la salida Y2 del cuarto peldaño se "apague" si es que estaba encendida. En este estado de cosas, el relevador CR1 permanece encendido aún con el interruptor X1 abierto, mientras que el relevador de control CR2 permanece apagado, lo cual podemos confirmar visualmente al ver al foco Y1 encendido y al foco Y2 apagado.Ahora cerraremos el interruptor X2 momentáneamente. Al energizarse el relevador de control CR2 éste relevador por el efecto de la retroalimentación en el mismo peldaño (el segundo peldaño de la escalera) que lo alimenta se enciende y se queda encendido, lo cual hace que la salida Y2 en el cuarto peldaño se "encienda". Al quedarse encendido CR2 después de haberse oprimido X2, el interruptor normalmente cerrado CR2 que está puesto en el primer peldaño se abre, cortando así cualquier suministro de corriente que pudiera estarse dando a través de la retroalimentación en dicho peldaño al relevador de control CR1. En otras palabras, esto "limpia" la "memoria" que pudiera haber habido en el primer peldaño, "apagando" al relevador CR1, lo cual hace que la salida Y1 del tercer peldaño se "apague" si es que estaba encendida. En este estado de cosas, el relevador CR2 permanece encendido aún con el interruptor X2 abierto, mientras que el relevador de control CR1 permanece apagado, lo cual podemos confirmar visualmente al ver al foco Y2 encendido y al foco Y1 apagado. La configuración representada por este diagrama de escalera ha pasado de un estado estable con Y1 encendido al oprimirse X1 a otro estado estable con Y2 encendido al oprimirse X2. Esta configuración tiene dos estados estables y por lo tanto es un multivibrador biestable. Si hacemos ahora un ligero cambio de nombres bautizando al interruptor X1 como S, al interruptor X2 como R, a la salida Y1 como Q y a la salida Y2 como Q, resultará obvio que lo que tenemos en nuestras manos es el equivalente funcional de un flip-flop R-S; en este caso el equivalente de un flip-flop construído con bloques NOR.El que hayamos podido crear dentro de los diagramas de escalera no sólo un equivalente completo de los circuitos lógicos que hemos estudiado previamente sino también el equivalente de bloques de memoria convirtiendo en realidad un flip-flop R-S completamente funcional nos debe meditar en que la mayor parte de lo que hemos estudiado se puede trasladar directamente hacia los diagramas de escalera. Y en efecto, no hay obstáculo teórico alguno para poder hacerlo. Esto lo podemos enunciar de modo categórico con el siguiente enunciado:Todos los circuitos lógicos, tanto aquellos que forman parte de la lógica combinatoria como los que forman parte de la lógica secuencial (construída a base de flip-flops) tienen una implementación equivalente en los diagramas de escalera.Este enunciado tiene un alcance amplio; nos está asegurando que podemos construír mediante diagramas de escalera flip-flops D, flip-flops J-K, contadores binarios, etc. Pero aquí el lector puede ser asaltado por una duda. Si recordamos la acción de contadores secuenciales elementales como el contador binario de conteo ascendente, tenemos un elemento que hasta ahora no hemos encontrado en los diagramas de escalera: el elemento tiempo. Con lo que hemos visto, no se ve una manera obvia de poder suministrar el equivalente de los "pulsos de reloj" a los elementos en un diagrama de escalera que les permita poder comportarse como verdaderos circuitos secuenciales. Los diagramas de escalera que hemos estudiado son en cierta forma configuraciones estáticas en las cuales lo que ocurre en un peldaño puede influír directamente sobre lo que ocurre en otros peldaños, pero estos efectos son inmediatos, el factor tiempo no interviene en ellos. Si queremos extender los diagramas de escalera para cubrir también todos los circuitos secuenciales que hemos estudiado en esta obra, necesitamos introducir algún relevador de control en el cual la acción de un tiempo predeterminado tenga un efecto directo, y esto es precisamente lo que haremos a continuación.Sin lugar a dudas, el empleo de relevadores electromecánicos nos suministra con una herramienta poderosa para muchas aplicaciones de control. Pero existe otro tipo de relevador que nos permite hacer realidad operaciones cronometrizadas, el relevador de retardo de tiempo (time delay relay). En este tipo de relevador, al aplicarle un voltaje a su entrada (a su bobina), la acción en sus salidas no ocurre de inmediato, sino que hay un retardo de tiempo tras el cual obtenemos la acción deseada con las salidas normalmente abiertas convirtiéndose en salidas normalmente cerradas y las salidas normalmente cerradas convirtiéndose en salidas normalmente abiertas. En muchos relevadores de tiempo de uso pesado, este retardo de tiempo puede ser seleccionado con una perilla puesta en el mismo relevador, como ocurre con el siguiente relevador de retardo de tiempo de la emprea Potter & Brumfield cuya bobina es activada con 24 volts de corriente directa:


Naturalmente, también hay relevadores de retardo de tiempo activados con la aplicación de corriente alterna, como el siguiente relevador fabricado por la misma empresa Potter & Brumfield:
La perilla puesta en la parte superior de este relevador nos permite variar el retardo de tiempo desde 1 segundo hasta 10 segundos. Las puntas de los contactos en la parte inferior del relevador están puestas en orden octal (ocho terminales) con la entrada a la bobina aplicada en las terminales 2 y 7. Al serle aplicado un voltaje de 120 VAC a este relevador, el contacto normalmente abierto entre las terminales 1 y 3 se vuelve un contacto normalmente cerrado, ocurriendo lo mismo con el contacto normalmente abierto entre las terminales 6 y 8, mientras que el contacto normalmente cerrado entre las terminales 1 y 4 se abre, ocurriendo lo mismo con el contacto normalmente cerrado entre las terminales 5 y 8. Todo esto después de que ha transcurrido el tiempo seleccionado con la perilla. Podemos leer en el mismo relevador que los contactos pueden manejar una corriente de hasta 10 amperes.El relevador de retardo de tiempo que se acaba de describir es el de uso más generalizado, pero no es el único posible. Los contactos de un relevador de tiempo tienen que ser clasificados no sólo por ser normalmente abiertos o normalmente cerrados, sino también según la acción del retardo, ya sea que este retardo ocurra en el sentido de la cerradura del contacto o en el sentido de la apertura del mismo.Desafortunadamente, la simbología para representar los relevadores de retardo de tiempo es amplia y variada, e inclusive mucha de la simbología que hemos visto aquí para representar las entradas, las salidas y los relevadores de control también suele ser diferente de un fabricante a otro. Empezaremos dando aquí la representación de la acción de un relevador de tiempo con un símbolo usado ampliamente aunque no de manera universal:
Obsérvese que seguimos manteniéndonos en la convención de representar tanto la entrada de un relevador (su bobina) como los contactos activados a la salida del mismo con un mismo identificador alfanumérico, en este caso TD1.En el primer peldaño de la escalera, al cerrarse el interruptor X1 manteniéndose cerrado, la bobina del relevador de tiempo TD1 es energizada. Obsérvese que en el segundo peldaño estamos utilizando uno de los interruptores normalmente cerrados del relevador de tiempo TD1.El símbolo del interruptor X1 también aparece en el segundo peldaño de esta escalera. Puesto que son peldaños diferentes en los cuales aparece el interruptor X1, se sobreentiende que en este caso estamos utilizando un interruptor de dos tiros, un interruptor doble con ambos polos normalmente encendidos o normalmente apagados a la vez:





De este modo, al cerrarse X1 suministrándose energía al relevador de tiempo TD1, en el segundo peldaño existe un camino de conducción eléctrica para suministrar energía al "foco" de salida. Si el relevador TD1 fuera un relevador de control ordinario sin acción alguna de retardo de tiempo, entonces el interruptor TD1 en el segundo peldaño se abriría inmediatamente y el foco a la salida se apagaría de inmediato; esto es, nunca lo veríamos encenderse. Pero como se trata de un relevador de retardo de tiempo, la salida normalmente cerrada no se abrirá sino hasta después de que haya transcurrido cierta cantidad de tiempo, digamos un segundo. Una vez que ha transcurrido ese segundo, el contacto normalmente cerrado TD1 en el segundo peldaño se abrirá, cortando el suministro de energía a la salida, aunque el interruptor X1 permanezca cerrado. Esta acción la hemos representado en los diagramas de tiempo puestos debajo del diagrama de escalera, diagramas de tiempo en los que dicho sea de paso nos hemos abstenido de hacer referencia a un "1" lógico o a un "0" lógico como niveles de voltaje en virtud de que la acción lógica que está siendo representada es una de interruptores normalmente cerrados o normalmente abiertos que permiten o impiden el suministro de corriente a la carga de salida.El relevador de retardo de tiempo, por la forma en la que trabaja, en realidad no es más que otra forma de implementación de un componente que ya habíamos visto en uno de los capítulos de la obra principal: el multivibrador monoestable. Y de hecho, con dos relevadores de retardo de tiempo (uno para controlar la duración del tiempo de encendido y el otro para controlar la duración del tiempo de apagado) podemos construír fácilmente un multivibrador astable, cambiando de un estado a otro en forma alternada mientras esté recibiendo un suministro de corriente; y si los tiempos de encendido y apagado son iguales entonces tenemos algo que nos puede proporcionar "pulsos de reloj" como los que utilizamos en los circuitos lógicos secuenciales para hacer pasar el sistema de un estado a otro. Sin embargo, dado el costo de los relevadores de tiempo, implementar este nivel de sofisticación puede resultar mucho más costoso que introducir tales efectos con la ayuda de alguna microcomputadora dedicada a este tipo de aplicaciones como lo veremos posteriormente.