2.1

¿Qué es una
interfaz de control?

 

Un sistema de control debe estar equipado para la alteración de una o varias magnitudes de un sistema real con objeto de proporcionar una respuesta activa que modifique su comportamiento. Como ejemplo complejo de un sistema de control se puede pensar en un "edificio inteligente", que comprueba y analiza permanentemente el estado de la temperatura, la iluminación, etc., gracias a diferentes sensores. Mediante un ordenador es capaz de actuar de acuerdo con su programación sobre diversos dispositivos actuadores para regular las condiciones de las estancias y mantenerlas en los niveles deseados. Así pues, un sistema de control comprende, en general, los sistemas y dispositivos adelantados en el tema 1.2 y que se esquematizan en la siguiente figura:

Imagen adaptada de [1]

El primer elemento es el sensor o captador. Es un sistema que transfiere energía del sistema controlado (denominado normalmente planta), transformando la magnitud física que se mide (temperatura, presión, posición, ...) en energía eléctrica (voltaje, corriente). Las resistencias dependientes de la temperatura, los fototransistores, los detectores de presión son sensores habituales. El sensor suele estar conectado a un circuito que genera una señal eléctrica de salida. Esta señal tiene frecuentemente características inadecuadas para su uso directo (baja intensidad, excesivo ruido, etc.), de modo que se debe recurrir a la utilización de un acondicionador de señal, cuya misión es adecuarla a las características de las etapas sucesivas y/o mejorar su calidad. Puesto que la mayoría de los sensores proporcionan señales analógicas, éstas necesitan ser convertidas en digitales para su posterior procesado. Esta función la desempeña un convertidor analógico-digital (A/D). Los datos digitales se utilizan en el procesador digital para que sean procesados de acuerdo con su programación. La señal digital ya procesada debe ser aplicada en el sistema real (planta), de modo que se necesita su reconversión en analógica, función que cumple el convertidor digital-analógico (D/A). A su salida, otro acondicionador la adecua a las necesidades específicas del elemento actuador que, utilizando energía eléctrica, neumática o hidráulica realiza alguna acción modificadora de las propiedades del sistema. Motores, electroválvulas, y lámparas son actuadores utilizados habitualmente.

Así pues, si queremos aprovechar un PC como cerebro de un sistema de control necesitamos acondicionar y convertir las señales que provienen de los sensores a las características de los puertos de entrada del PC, así como convertir y acondicionar las señales de los puertos de salida de éste a las características de los dispositivos actuadores.

En entornos educativos y de ocio se utilizan unos dispositivos denominados interfaces de control, o más prosaicamente controladoras, cuya misión es precisamente reunir en un solo elemento todos los sistemas de conversión y acondicionamiento que necesita un PC para actuar como cerebro de un sistema de control:

Imagen adaptada de [1]

Las interfaces de control se podrían así definir como placas multifunción de E/S (entrada/salida) en configuración externa (es decir, no son placas instalables en ninguna bahía de expansión del PC), que se conectan con el PC mediante alguno de los puertos de comunicaciones propios del mismo (paralelo, serie o USB, generalmente) y sirven de interfaz entre el mismo y los sensores y actuadores de un sistema de control.

Las interfaces proporcionan, de forma general, una o varias de las siguientes funciones:

  1. entradas analógicas, que convierten niveles analógicos de voltaje o de corriente en información digital procesable por el ordenador. A este tipo de entradas se pueden conectar distintos sensores analógicos, como por ejemplo una LDR.

  2. salidas analógicas, que convierten la información digital en corriente o voltaje analógicos de forma que el ordenador pueda controlar sucesos del "mundo real". Su principal misión es la de excitar distintos actuadores del equipamiento de control: válvulas, motores, servomecanismos, etc.

  3. entradas y salidas digitales, usadas en aplicaciones donde el sistema de control sólo necesita discriminar el estado de una magnitud digital (por ejemplo, un sensor de contacto) y decidir la actuación o no de un elemento en un determinado proceso, pro ejemplo, la activación/desactivación de una electroválvula.

  4. recuento y temporización, algunas tarjetas incluyen este tipo de circuitos  que resultan útiles en el recuento de sucesos, la medida de frecuencia y amplitud de pulsos, la generación de señales y pulsos de onda cuadrada, y para la captación de señales en el momento preciso.

Algunas de las interfaces de control más avanzadas cuentan, además de con la electrónica precisa para el acondicionamiento y la conversión de las señales, con sus propios microprocesador y memoria. Así, con capaces hasta de almacenar pequeños programas de control transmitidos desde un PC que luego pueden ejecutar independientemente de su conexión a éste.

Algunas de ellas disponen también de bibliotecas de programación de las E/S para permitir su utilización con distintos lenguajes de propósito general, entre ellos, LOGO, BASIC y C.

Existen varios modelos comerciales, entre los que se pueden mencionar:

Interfaces de control, de izquierda a derecha: FlowGo, intelligent interface, RCX, Enconor

Imágenes tomadas de [1]

Puesto que en la dotación de nuestros centros educativos contamos con las dos primeras, dedicaremos los dos próximos temas de la presente unidad didáctica a estudiar las mismas con detalle.


Referencias y fuentes
 

[1] Tecnologías de la Información y de la Comunicación. Capítulo 6, Programación y control de procesos. Juan A. Alonso, Santiago Blanco A., Santiago Blanco S., Roberto Escribano, Víctor R. González, Santiago Pascual, Amor Rodríguez. Editorial Ra-Ma, 2004.

Control y Robótica. Tema: La interfaz de control. Curso provincial. Víctor R. González, Asesoría de Tecnología y FP, CFIE Valladolid II.

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