Conceptos básicos de un sistema de control

En la primera entrega de esta serie de cinco partes, Jon Titus explora los conceptos básicos de un sistema de control.

P: Acabo de comenzar a diseñar un sistema de control y planeo usar relevadores para encender o apagar los dispositivos. Las especificaciones del módulo de relevadores tienen en cuenta “Relevadores C” o “Relevadores tipo C” y contactos NA y NC. ¿Me pueden ayudar a entender qué significa esta información?

R: Un relevador está compuesto por un electroimán o bobina y un conjunto de contactos eléctricos. En la Figura 1 se observan las partes del relevador. Cuando un circuito energiza la bobina, la armadura se mueve hacia la bobina y “rompe” su conexión con el contacto superior y luego “hace” una nueva conexión con el contacto inferior. La construcción del mismo relevador no permite ninguna ruta eléctrica entre los contactos y la corriente que controla la bobina. De esta forma, el circuito de control permanece aislado eléctricamente de un dispositivo que los contactos del relevador activan o desactivan.

Figura 1. Componentes de un relevador electromecánico. El resorte hace que la armadura se aleje de la bobina a menos que un circuito la haya alimentado. Este diagrama muestra un relevador con marco abierto. Los relevadores utilizados en equipos industriales frecuentemente cuentan con carcasas selladas para mantener los contactos libres de polvo y otros contaminantes. (Imagen Cortesía de Wikimedia Commons)

Las letras “NA” y “NC” se refieren al estado de los contactos cuando la bobina no está energizada. “NA” significa normalmente abierto, mientras que “NC” significa normalmente cerrado (en ingles se conoce como NO = Normally Open). En la Figura 1, la armadura dejaría pasar la corriente a través del contacto superior o normalmente cerrado (NC). El contacto inferior permanece desconectado de la armadura, o normalmente abierto (NA) hasta que la energía pasa a través de la bobina. La armadura generalmente tiene la designación “C” para “común”. Esta designación de relevador puede ser un poco confusa y pronto conoceremos por qué.

Los relevadores vienen en una variedad de estilos, desde relevadores grandes con contactos de alta corriente que controlan motores, hasta pequeños relevadores de láminas (Reed relay) que los sistemas emplean para señales de baja tensión y baja corriente. Los relevadores de láminas son particularmente útiles cuando debe cambiar las señales analógicas de los sensores y conectarlas a un multímetro digital o voltímetro digital (DVM) o un convertidor análogo-digital (ADC).

Si deseas alimentar un motor (M), cuando se cierra un relevador, debes cablearlo como se muestra en la Figura 2. En este ejemplo, se encenderá una luz verde cuando los contactos del relevador vuelvan a la posición NA, lo que significa que la bobina ya no recibe corriente. La luz verde puede indicar que el motor está apagado. Energice la bobina y la luz verde se apaga y el motor funciona.

Figura 2 Un circuito que usa un relevador para cambiar la alimentación a una luz (relevador sin energía) o a un motor (relevador con energía).

P: OK, entiendo las etiquetas para los contactos de relevador. Pero, ¿Por qué la letra C causa confusión?

R: Ahora sabes que “C” se refiere al contacto de relevador común, la armadura. Pero la industria eléctrica también usa letras para definir el arreglo o “forma” de los contactos del relevador (Figura 3). Un relevador de forma A tiene un solo contacto NA y un relevador de forma B tiene un solo contacto NC. Ambos son relevadores monopolares de un solo tiro (SPST = Single-Pole Single-Throw, por sus siglas en ingles). Cada uno de ellos abre o cierra un conjunto de contactos (un polo), y cada uno tiene un solo estado que cierra o abre un circuito (un solo tiro).

Figura 3. Arreglos de contacto para varios tipos de relevadores electromecánicos. En la tercer imagen de la Figura 3 Las líneas discontinuas en el relevador Form-2C indican que ambas armaduras tienen un enlace no conductor que se mueve simultáneamente cuando la bobina del relevador recibe corriente.

El relevador mostrado anteriormente en la Figura 2 tiene un contacto NA y un contacto NC; El arreglo en forma C (Form-C). También llamamos a esto un arreglo de contactos de un polo y doble tiro (SPDT = Single-Pole, Double-Throw por sus siglas en ingles). En la Figura 3, se observa un relevador de form-2C también conocido como un relevador de doble polo y doble tiro (DPDT = double pole, double-throw por sus siglas en ingles).

P: Si una de mis cajas de controladores o relevadores incluye relevadores form-1C o form-2C, ¿Cómo los uso para controlar algo?

R: Conecta el dispositivo como se muestra anteriormente en la Figura 2. Un módulo de Sealevel de la familia SeaI/O, como el SeaI/O-420E, con contactos de forma C se conectaría como se muestra en la Figura 4. Las terminales de tornillo hacen conexiones eléctricas entre cuatro cargas y los contactos del relevador. En este caso debemos suministrar una fuente de corriente para las cargas. El módulo SeaI/O no suministra la fuente de energía, solo controla la bobina del relevador. La forma en que usamos los contactos del relevador depende de nosotros. El diagrama incluye los voltajes máximos de AC y DC y la potencia para los contactos del relevador. Las especificaciones del relevador incluyen información sobre el voltaje necesario para accionar una armadura o como ya sabemos el contacto común, la corriente que consume la bobina (o su resistencia), así como las clasificaciones máximas para los contactos del relevador para cargas de DC y AC.

Figura 4. Diagrama para el cableado de un módulo de adquisición de datos USB SeaI/O-450U de Sealevel. Un diseño debe incluir una fuente de alimentación externa para dispositivos controlados. Los contactos del relevador no tienen conexión con los circuitos internos del módulo, de este modo se obtiene un completo aislamiento eléctrico. El SeaI/O-420E proporciona ocho relevadores de forma C en cuatro grupos o bancos, de dos relevadores cada uno. Cada par de relevadores tiene una señal común compartida.

El ejemplo ilustrado en la Figura 4 proporciona solo una conexión común, lo que significa que las armaduras de los conjuntos de contactos #1 y #2 se conectan al mismo punto eléctrico. Otras configuraciones podrían ofrecer una conexión común separada para cada conjunto de contactos. La figura 5 muestra esta conexión común.

Figura 5. El bloque de terminales en la Figura 4 muestra una conexión para las armaduras en los conjuntos de contactos #1 y #2. El circuito que se muestra aquí, muestra esa conexión común.

Esperamos que hayas disfrutado la primera entrega. Vuelve pronto para conocer mas sobre los conceptos básicos de un sistema de control explicado por Jon Titus (Colaborador de contenido técnico para Sealevel), en el siguiente capítulo Jon nos ayudara a entender la diferencia entre Sink y Source para comprender aún más los conceptos básicos de un sistema de control.