Automatización y control: lazo abierto y cerrado, sensores, actuadores, PLC y robótica industrial
Este bloque evalúa si sabes describir y diseñar el bucle de control de un sistema automatizado: captar la señal, decidir y actuar. Se pregunta por tipos de sensores y actuadores, por el ciclo de funcionamiento del autómata y por conceptos básicos de robótica.
Lazo abierto frente a lazo cerrado
En lazo abierto el sistema no comprueba el resultado: la salida depende solo de la consigna (riego por temporizador). En lazo cerrado existe realimentación: un sensor mide la salida, un comparador calcula el error respecto a la consigna y el regulador actúa hasta reducirlo. El control todo-nada (on/off) tiene banda muerta y oscila; el proporcional (P) actúa proporcionalmente al error y el PID añade acción integral (elimina el error en régimen permanente) y derivativa (amortigua).
Sensores, actuadores y autómata
- Sensores: final de carrera, inductivo (metales), capacitivo (dieléctricos), fotoeléctrico, ultrasónico, encoder, termopar, NTC, LDR, presostato.
- Actuadores: motor de CC, motor paso a paso, servomotor, relé o contactor, electroválvula con cilindro neumático.
- PLC: ciclo de scan repetitivo -lectura de entradas, ejecución del programa y actualización de salidas-; dispone de temporizadores, contadores y marcas internas. Programación en escalera (KOP), GRAFCET (etapas y transiciones) o diagrama de funciones.
- Robótica: grados de libertad = número de articulaciones independientes (R rotacional, P prismática); robots cartesiano, SCARA, antropomórfico y polar; cinemática directa (de articular a cartesiano) e inversa.
Ejemplo resuelto
Encoder incremental de 500 impulsos por vuelta con lectura en cuadratura (×4) acoplado a un husillo de paso 5 mm.
- Cuentas por vuelta: 500 × 4 = 2 000.
- Resolución lineal: 5 mm / 2 000 = 0,0025 mm = 2,5 µm por cuenta.
- Si el proceso exige ±0,01 mm, la resolución es suficiente (cuatro veces menor que la tolerancia), pero la precisión real depende del juego del husillo y de la repetibilidad mecánica.
Errores que restan puntos
- Llamar lazo cerrado a un sistema con temporizador y sin sensor.
- Confundir sensor (capta) con actuador (actúa).
- Mezclar resolución, precisión y repetibilidad.
- Confundir etapa y transición en GRAFCET.
- No justificar por qué un control todo-nada oscila alrededor de la consigna.