La maquinaria móvil utiliza numerosos sensores para medir presión, temperatura, posición, nivel de fluidos y otras condiciones de funcionamiento.
Sin embargo, muchos sensores no envían directamente valores como:
Presión = 180 bar
En su lugar, proporcionan señales eléctricas como:
0–5 V
0–10 V
4–20 mA
Señales resistivas
El controlador móvil recibe estas señales y las convierte en valores físicos que pueden utilizarse en la lógica de control o mostrarse en una HMI.
Este proceso se conoce como escalado de señales de sensores.
En este artículo explicamos cómo funciona este proceso y qué deben tener en cuenta los ingenieros al integrar sensores analógicos en maquinaria móvil.
El escalado convierte una señal eléctrica en un valor físico útil.
Por ejemplo, consideremos un sensor de presión hidráulica con:
Salida: 0–10 V
Rango de medición: 0–250 bar
El controlador debe convertir la tensión en presión:
Español
0 V → 0 bar
5 V → 125 bar
10 V → 250 bar
El valor resultante puede utilizarse para:
Control hidráulico
Lógica de control de la máquina
Visualización en HMI
Alarmas
Registro de datos
Diagnóstico
El flujo básico es:
Sensor de presión
↓
0–10 V
↓
Controlador móvil
↓
Escalado de señal
↓
0–250 bar
↓
Lógica de control / HMI
En maquinaria móvil pueden encontrarse diferentes tipos de señales analógicas.
Se utiliza en sensores electrónicos de presión, posición y otras variables.
El controlador mide la tensión y la convierte de acuerdo con el rango especificado por el sensor.
También se utiliza para medir presión, posición, nivel y otras variables.
Por ejemplo:
0 V → 0 bar
10 V → 400 bar
Los sensores de corriente de 4–20 mA son habituales en aplicaciones industriales y móviles.
Por ejemplo:
4 mA → 0 bar
12 mA → 150 bar
20 mA → 300 bar
Una característica importante es que el valor mínimo de medición corresponde a 4 mA y no a 0 mA.
Esto puede ayudar a distinguir una medición válida de cero de determinadas condiciones anormales del sensor o del cableado.
Muchos sensores analógicos presentan una relación lineal entre la señal eléctrica y la magnitud física medida.
La fórmula básica puede expresarse como:
Valor físico = (Entrada − Entrada mínima) × (Rango de salida / Rango de entrada) + Salida mínima
Consideremos un sensor de presión de 0–10 V con un rango de 0–250 bar.
Si el controlador recibe 6 V:
Presión = (6 − 0) × (250 / 10)
Presión = 150 bar
Por tanto, el controlador convierte la señal eléctrica de 6 V en un valor de presión de 150 bar.
En una aplicación real, este cálculo se realiza normalmente dentro del software del controlador.
El mismo principio puede aplicarse a un sensor de 4–20 mA.
Supongamos:
4 mA = 0 bar
20 mA = 400 bar
El rango útil de corriente es:
20 − 4 = 16 mA
Si el controlador mide 12 mA:
4 mA 12 mA 20 mA
│ │ │
0 bar 200 bar 400 bar
el valor escalado será aproximadamente:
200 bar
Este valor ya puede utilizarse directamente en la lógica de control de la máquina.
El desplazamiento de 4 mA ofrece una ventaja adicional.
Si el rango normal de un sensor comienza en 4 mA:
4 mA → valor mínimo válido
mientras que una lectura cercana a:
0 mA → posible anomalía
puede indicar determinadas condiciones de fallo del sensor o del cableado.
De forma simplificada:
4–20 mA
↓
Rango esperado
↓
Utilizar valor escalado
Señal fuera del rango esperado
↓
Posible fallo del sensor
o del cableado
Los límites exactos deben definirse según las especificaciones del sensor y de la entrada del controlador.
Internamente, un controlador puede recibir primero un valor bruto de entrada.
Ese valor debe convertirse antes de resultar útil para la aplicación.
Entrada analógica
↓
Valor bruto
↓
Escalado
↓
Presión = 185 bar
Trabajar con unidades físicas facilita la programación y el diagnóstico.
En lugar de utilizar números internos difíciles de interpretar, el software puede trabajar directamente con valores como:
185 bar
72 °C
65 %
2,4 m
850 rpm
Esto también facilita la configuración de la HMI y el mantenimiento de la máquina.
El controlador no debería limitarse a escalar la señal.
También puede comprobar si la entrada se encuentra dentro del rango esperado.
Por ejemplo:
Señal analógica
↓
Comprobación de rango
↙ ↘
Válida No válida
↓ ↓
Escalado Fallo
↓ ↓
Control Aviso en HMI
Una señal anormal puede estar relacionada con:
Cableado dañado
Conectores sueltos
Fallo del sensor
Cortocircuito
Alimentación incorrecta
Configuración incorrecta
Esto evita que una señal claramente anormal se utilice como si fuera una medición válida.
Las señales analógicas reales pueden presentar pequeñas fluctuaciones debido a:
Ruido eléctrico
Vibraciones
Pulsaciones de presión
Características del propio sensor
Por ejemplo:
182 bar
185 bar
183 bar
187 bar
184 bar
Dependiendo de la aplicación, el controlador puede aplicar un filtro para estabilizar la medición.
Sin embargo, un filtrado excesivo también puede retrasar la respuesta.
Por eso es necesario encontrar un equilibrio entre:
Estabilidad de la señal ↔ Velocidad de respuesta
Una señal de nivel de combustible puede admitir más filtrado que una señal de presión utilizada para un control hidráulico rápido.
Una vez que la señal ha sido validada y escalada, el controlador puede utilizarla para tomar decisiones.
Por ejemplo:
Sensor de presión
↓
0–10 V
↓
Controlador móvil
↓
Escalado
↓
Presión = 210 bar
↓
Lógica de control
Este valor puede utilizarse para:
Ajustar una válvula proporcional
Activar una alarma
Limitar una función hidráulica
Cambiar el modo de funcionamiento
Enviar información mediante CAN
Mostrar datos en una HMI
Por esta razón, un escalado incorrecto puede afectar a diferentes partes del sistema de control.
Los valores físicos obtenidos mediante el escalado también pueden enviarse a una HMI.
En lugar de mostrar:
Entrada analógica = 6,8 V
el operador puede ver:
Presión hidráulica: 170 bar
La HMI puede utilizar el mismo valor para:
Indicadores
Alarmas
Tendencias
Páginas de diagnóstico
Límites de funcionamiento
Esto hace que la información sea mucho más fácil de interpretar para operadores y técnicos.
Consideremos un sistema hidráulico equipado con un sensor de presión de 4–20 mA.
El flujo completo podría ser:
Presión hidráulica
↓
Sensor 4–20 mA
↓
Entrada analógica
↓
Controlador móvil
↓
Comprobación de rango
↓
Escalado
↓
Presión en bar
↙ ↘
Control HMI
Si la señal es válida, el controlador la convierte en presión.
Si se encuentra fuera del rango esperado, puede generar un fallo del sensor en lugar de utilizar un valor poco fiable.
Así, el mismo sistema integra medición, control y diagnóstico.
Al integrar un sensor con un controlador móvil, es importante confirmar:
Tipo de salida del sensor
Rango de medición
Tipo de entrada del controlador
Señal eléctrica mínima y máxima
Valor físico mínimo y máximo
Alimentación requerida por el sensor
Parámetros de escalado
Rango válido de la señal
Límites de diagnóstico
Filtrado necesario
Las especificaciones del sensor y del controlador deben comprobarse antes de realizar la configuración.
Por ejemplo, un sensor de 4–20 mA debe conectarse a una entrada compatible o configurada para medir correctamente este tipo de señal.
El escalado de señales de sensores es una función importante en los sistemas de control de maquinaria móvil.
Los sensores suelen proporcionar señales eléctricas como 0–5 V, 0–10 V o 4–20 mA, mientras que el sistema necesita valores físicos como presión, temperatura, posición o nivel.
El proceso puede resumirse así:
Señal del sensor → Entrada analógica → Validación → Escalado → Valor físico → Lógica de control / HMI
Un escalado correcto permite que el controlador utilice los datos de los sensores de forma coherente en toda la máquina.
Combinado con comprobación de rango, filtrado, diagnóstico y visualización mediante HMI, el procesamiento de señales analógicas constituye una parte fundamental del control basado en sensores en la maquinaria móvil.
