Introducció a la tecnologia de control

1. Introducció a la tecnologia de control Aplicacions de la tecnologia de control a les instal·lacions de l’habitatge Les aplicacions dels automatismes a la llar són cada vegada més presents per fer-nos la vida més còmode i confortable. El fet de que algunes accions quotidianes es puguin realitzar reduint la nostra atenció ens permet estar fent altres activitats o simplement descansant. Manipuladors alimentaris Entre els diferents electrodomèstics que ens són més familiars que tenen contacte directe amb els aliments i contenen algun sistema de control podem esmentar la torradora de pa i la fregidora. Imatges: torradora i fregidora. Que es vegi bé el termòstat La torradora disposa d’unes resistències calefactores que generen escalfor per tal de reduir el contingut d’humitat del pa i crear una petita capa cruixent en la superfície. Per automatitzar el procés d’un termòstat per aconseguir una temperatura adequada al tipus de pa que es posa a torrar, de manera que quan arriben a la temperatura programada, deixa sense alimentació la resistència.

2. Introducció a la tecnologia de control Aplicacions de la tecnologia de control a les instal·lacions de l’habitatge La fregidora disposa un sistema d’escalfament de l’oli amb una resistència elèctrica la qual rep corrent o no segons la regulació del termòstat. D’aquesta manera s’aconsegueix que l’oli es mantingui a la temperatura seleccionada. L’oli d’oliva es comença a degradar a partir de 210 ºC generant compostos dolents per a la salut, just quan comença a treure fum. Amb la fregidora aquest problema no es presenta ja que la temperatura queda limitada al voltant dels 180 ºC. Al posar uns aliments a la fregidora provocaran una caiguda de temperatura de l’oli, aleshores el sistema de control, el termòstat, reaccionarà posant en marxa de nou les resistències fins que recuperi de nou el valor de consigna escollit per al tipus de fregit. Amb aquest sistema es produeixen petites oscil·lacions de temperatura que no alteren el procés de cuinat.

3. Introducció a la tecnologia de control Aplicacions de la tecnologia de control a les instal·lacions de l’habitatge L’exponent més espectacular en l’avenç tecnològic és el robot de cuina Thermomix. És una màquina capaç de tallar, triturar, picar i a més cuinar sense haver d’estar pendent de la cocció. L’aparell incorpora: - un motor elèctric de velocitat variable i programable. - una resistència calefactora. - un programador de temps. - una balança integrada - un regulador de temperatura. Els secrets d’aquest aparell està en la exactitud en que es poden posar els ingredients, gràcies a la bàscula integrada, i a la possibilitat de coure els aliments mentre els va remenant lentament amb un dels accessoris, com si es tractés d’una cullera. S’obtenen aliments ben cuinats i amb rapidesa.

4. Introducció a la tecnologia de control Aplicacions de la tecnologia de control a les instal·lacions de l’habitatge Forns, rentadores i rentavaixelles El forn elèctric, en essència, conté simplement unes resistències elèctriques que es poden actuar per trams, per escollir la potència i la part del forn que genera calor. Per controlar-lo disposa d’un termòstat i d’un programador de temps. Per disposar d’informació del seu estat porta pilots, visualitzadors de temperatura i de temps i un avisador acústic. Panell de comandament d’un forn. Esquema de blocs d’un forn elèctric.

5. Introducció a la tecnologia de control Aplicacions de la tecnologia de control a les instal·lacions de l’habitatge El forn microones escalfa per un sistema diferent de la resistència elèctrica. Les microones, són ones electromagnètiques d’una freqüència de 2,45 GHZ que presenten la propietat de fer vibrar les molècules de l’aigua i al fregar entre elles, es genera calor. Per aquest motiu un material que no contingui aigua, en un forn microones no s’escalfarà. L’element que genera les microones és el magnetró. Les microones són molt direccionals, per això els forns han d’incorporar un sistema de plat giratori per aconseguir un escalfament uniforme dels aliments. En el forn es pot seleccionar la potència aplicada al magnetró per obtenir major efecte sobre l’aliment i es disposa d’un programador de temps. Cal destacar que una de les aplicacions d’aquest forn és la descongelació d’aliments, per la rapidesa d’aquest procés, i a més presenta l’avantatge que evita la proliferació de la flora bacteriana que podria malmetre les propietats de l’aliment.

6. Introducció a la tecnologia de control Aplicacions de la tecnologia de control a les instal·lacions de l’habitatge Els elements que incorporen les rentadores i els rentavaixelles són molt similars. Tenen els mateixos tipus d’actuadors: motor elèctric, electrovàlvules per a l’entrada i sortida d’aigua, electrobombes i resistències elèctriques. Pel que fa als sensors, porten un sensor de temperatura i detectors de nivell d’aigua. Per realitzar la seqüència de rentat segons el programa escollit, incorporen el programador-seqüenciador mecànic, que una vegada escollit el programa, un motor síncron el va fent girar. El programador, al seu interior porta un cilindre amb un conjunt de lleves que obren i tanquen els contactes que aturen o posen el marxa els diferents actuadors. Com que hi ha diferents pistes de control en el mateix cilindre, el programador actua sobre diferents circuits alhora.

7. Introducció a la tecnologia de control Aplicacions de la tecnologia de control a les instal·lacions de l’habitatge Els sensors poden inhibir algunes de les accions, per exemple, si no entra aigua a la màquina, no es posa en marxa el cicle de rentat, tampoc és possible posar en marxa la màquina si la porta és oberta. En un cicle de rentat, la porta no es pot obrir fins al cap d’una estona d’haver parat el funcionament del motor.

8. Introducció a la tecnologia de control Aplicacions de la tecnologia de control a les instal·lacions de l’habitatge L’etiqueta energètica informa del consum d’energia i d’aigua d’un electrodomèstic per avaluar-ne la seva eficiència energètica. És obligatòria en els rentavaixelles, rentadores, neveres, assecadores, forns i aparells d’aire condicionat.

9. Introducció a la tecnologia de control Aplicacions de la tecnologia de control a les instal·lacions de l’habitatge Dispositius d’estalvi d’energia L’automatització pot fer aportacions significatives en l’àmbit de l’estalvi energètic, ajustant l’ús efectiu dels consums a les necessitats reals. Per això, emprant de forma adequada molts dels controladors i sensors que hi ha en el mercat, es poden estalviar molts kilowatts hora d’energia. En la regulació de la temperatura amb termòstat, la temperatura real va oscil·lant al voltant de la consigna.

10. Introducció a la tecnologia de control Aplicacions de la tecnologia de control a les instal·lacions de l’habitatge Control de dispositius de climatització. Termòstats El termòstat és un element àmpliament emprat en el sector domèstic i en l’industrial per al control en llaç tancat de processos en els que cal mantenir la temperatura en un determinat marge de funcionament. L’estat de sortida d’un termòstat, en general, no commuta a la mateixa temperatura al pujar que al baixar la temperatura. Hi ha una petita diferència, és el que s’anomena marge d’histèresi. Aquest marge és necessari per evitar un funcionament inestable, de connexió i desconnexió continua, al voltant de la temperatura de consigna. Vegem un exemple, si en un calefactor s’ha escollit una temperatura de treball de 25 ºC, si el termòstat té un marge d’histèresi de 3 ºC, la temperatura en què es posi en marxa la resistència serà a 22 ºC i s’apagarà en arribar a 25 ºC. Què passaria si commutés exactament a la mateixa temperatura?

11. Introducció a la tecnologia de control Aplicacions de la tecnologia de control a les instal·lacions de l’habitatge Els termòstats clàssics són de caràcter analògic i basen en l’efecte de dilatació de dos metalls de diferent coeficient de dilatació. Formen un bimetall que es deforma i provoca l’obertura o el tancament d’un circuit elèctric. Aquest es posa en sèrie en el circuit que ha de controlar. Són poc precisos a més de desajustar-se amb el temps, ara bé són més econòmics. Els termòstats digitals tenen més precisió i a més incorporen un visualitzador per veure la temperatura programada i la temperatura actual. Per a la captació de la temperatura disposen d’un sensor de tèrmic que pot ser de semiconductor o una resistència sensible a la temperatura. La informació proporcionada va a un circuit electrònic anomenat convertidor analogicodigital (A/D) que transforma el valor de la temperatura a un codi binari el qual es tractat per un controlador programable. El controlador té memòria per emmagatzemar la temperatura preseleccionada que s’introdueix mitjançant uns polsadors. A la sortida, normalment, incorporen un relé per obrir o tancar el circuit de l’aplicació. Termòstat bimetall. Termòstat digital. Esquema de termòstat digital.

12. Introducció a la tecnologia de control Aplicacions de la tecnologia de control a les instal·lacions de l’habitatge Programadors horaris En els programadors horaris permeten establir la seqüència de funcionament d’un aparell, amb cicles de funcionament i d’aturada en intervals de temps ajustables. El cicle de treball pot ser diari, setmanal o mensual. Aquests programadors són molt útils, per exemple, en l’enllumenat públic o de comerços, en els sistemes de reg automàtic, en els sistemes d’avís periòdics com el timbre de l’institut, etcètera. Es construeixen amb dues tecnologies, la electromecànica i la digital. Els programadors mecànics incorporen un motor síncron i un conjunts de mecanismes per tal d’assegurar la precisió horària. La informació del cicle de treball s’indica amb unes pestanyes mòbils per intervals d’un temps determinat. Aquestes pestanyes actuen sobre el contacte de treball. Programador horari electromecànic.

13. Introducció a la tecnologia de control Aplicacions de la tecnologia de control a les instal·lacions de l’habitatge Els programadors digitals són molt més precisos i flexibles. Els intervals de programació solen ser d’1 minut. A més que poden disposar d’accionament a més d’una sortida o canal simultàniament, podent comandar diferents aparells. Hi ha programadors combinats, anomenats cronotermòstats, per a sistemes de condicionament tèrmic de la llar, per programar els cicles d’encesa i apagada de la calefacció o del condicionador d’aire i la temperatura desitjada a cada moment. Així s’ajusta la temperatura a les necessitats d’utilització de la vivenda segons l’horari d’ocupació als diferents moments del dia i de la setmana. Programador horari digital. Cronotermòstat.

14. Introducció a la tecnologia de control Aplicacions de la tecnologia de control a les instal·lacions de l’habitatge Detectors de presència Els detectors de presència tenen unes aplicacions típiques com l’obertura automàtica de portes i en els sistemes d’alarma. L’aplicació dels detectors de presència a les portes automàtiques presenten un grau de comoditat per a les persones a l’hora d’entrar a un edifici. Però fonamentalment aporten un estalvi d’energia en l’àmbit de la climatització ja que per les portes es produeixen intercanvis d’aire entre l’interior i l’exterior de l’edifici generant canvis sobtats de temperatura a l’interior. Aquets detectors tenen un nou camp d’aplicació en l’estalvi d’energia en sistemes d’il·luminació en espais d’ús comunitari on habitualment els llums estarien encesos permanentment. Es calcula que amb l’ús d’aquests es pot arribar a estalviar un 20 % d’energia. Aquests detectors actuen acompanyats d’un temporitzador per assegurar que el llum es manté una estona encès encara que no detecti la persona, ja que des de la posició del sensor fins al possible destí hi hagi una distància que el detector no pot cobrir. El principi de funcionament es basa en la captació de la radiació infraroja que emeten els cossos calents. La distància màxima en que es mostren sensibles pot estar, segons els models, entre 15 i 50 metros. Detector de presència per infraroig passiu (PIR).

15. Introducció a la tecnologia de control Aplicacions de la tecnologia de control a les instal·lacions de l’habitatge Ascensors L’ascensor és un sistema d’elevació que ens resulta molt familiar i que incorpora la tecnologia de control per al seu funcionament. Per aconseguir el seu desplaçament hi ha dues formes, la més comú és un motor elèctric que mou un cable en un sistema de politges, i l’altra és l’oleohidràulic en el que un cilindre telescòpic efectua els desplaçaments de la cabina. Imatge: fotografia ascensor hidràulic on es vegi el cilindre. En el cas de propulsió per motor elèctric motor, l’accionament d’aquest és el que provoca el moviment de la cabina, per tant el sistema de control actua sobre el circuit elèctric del motor. En el cas de l’hidràulic, el sistema disposa d’una electrobomba que impulsa l’oli a l’interior del cilindre hidràulic impulsat l’èmbol en sentit ascendent. Un conjunt d’electrovàlvules regula el pas de l’oli, per aconseguir el moviment de l’èmbol i l’aturada en les plantes.

16. Introducció a la tecnologia de control Aplicacions de la tecnologia de control a les instal·lacions de l’habitatge Independentment del sistema de propulsió el control de posicionament i de crides és el mateix en els dos casos, inclòs el sistema d’obertura i tancament de la porta. Per controlar el posicionament de la cabina, a cada planta hi ha un detector de posició electromecànic, un final de cursa. Els polsadors de crida envien la informació a la unitat de control. El sistema d’obertura i tancament automàtic de la porta disposa d’un motor elèctric que realitza l’acció. Els límits de la porta estan controlats per finals de cursa, i la seguretat per no atrapar cap objecte o persona en el moment de tancament de la porta s’encarrega normalment a un sistema de barrera fotoelèctrica. El sistema de control pot ser molt més complicat quan gestiona llocs amb més ascensors per tal d’optimitzar el recorregut i el temps de resposta als usuaris.

17. Introducció a la tecnologia de control Aplicacions de la tecnologia de control a les instal·lacions de l’habitatge Alarmes L’alarma és un dispositiu de control automàtic destinat a detectar qualsevol forma d’accés no permès a un local o espai, o per detectar un incendi o una fuga de gas i donar un avís. Per tant, en un sistema d’alarma el conjunt de sensors i l’estratègia de detecció són l’aspecte clau que determinaran el seu èxit. Les alarmes contra la intrusió necessiten disposar d’un conjunt de sensors estratègicament situats per a detectar només els accessos no desitjats i evitar les falses alarmes. Els sensors més emprats són els de presència per calor corporal, les barreres de llum infraroja, els detectors de porta i finestra, i els de vibració en vidres. La comunicació entre els sensors i la centraleta pot ser a través de connexió per cable o via ràdio. La central d’alarma organitza els sensors per àrees, de manera que es pot desactivar una zona, per exemple, quan hi ha persones a l’interior es desactiva la part interior i es deixen actives les àrees exteriors. També és útil per saber on s’ha produït l’activació d’un sensor. Dispositius d’un sistema d’alarma.

18. Introducció a la tecnologia de control Aplicacions de la tecnologia de control a les instal·lacions de l’habitatge La central d’alarma rep la informació dels sensors i en cas d’activar-se’n algun ha de posar en marxa el sistema d’avís, el qual pot consistir en: - avís acústic - avís lluminós - encesa de llums a l’àrea afectada - trucada telefònica a una central d’alarmes - trucada telefònica al propietari L’activació o desactivació de l’alarma es pot fer a través de diferents sistemes. A través d’una clau específica, amb teclat, amb comandament a distància o via telèfon. La central d’alarma porta una bateria per tal d’assegurar l’alimentació elèctrica en qualsevol cas. Un sistema de suport que pot estar integrat en un sistema d’alarma, és la simulació de presència, de manera que de forma programada o aleatòria, al llarg del dia es posen en marxa diferents elements de la casa per fer veure que hi ha algú. Per exemple, de dia es pot posar en marxa un aparell de ràdio o el televisor, de nit s’encenen i s’apaguen llums, per donar la sensació de que la casa és habitada.

19. Introducció a la tecnologia de control Aplicacions de la tecnologia de control a les instal·lacions de l’habitatge La Domòtica La paraula domòtica és la contracció de domus (casa en llatí) i informàtica. La domòtica es podria definir com la integració de les tecnologies de l’automatització en tota les seves dimensions juntament amb les tecnologies de la informació i la comunicació a l’àmbit domèstic, per gestionar l’accionament de la il·luminació, els electrodomèstics, la climatització, l’alarma, les comunicacions, per tal d’aconseguir un major confort i comoditat a la llar juntament amb una millora de l’eficiència energètica. Cal esmentar que pot afavorir la qualitat de vida a les persones discapacitades. Casa domòtica.

20. Introducció a la tecnologia de control Aplicacions de la tecnologia de control a les instal·lacions de l’habitatge Un sistema domòtic consta d’una central que gestiona la informació i pren les decisions en funció dels paràmetres que se li hagin programat. Pot haver subsistemes que prenguin localment decisions. La modificació dels paràmetres i el control del sistema es poden fer localment o remota. Per establir la comunicació dels elements del sistema domòtic s’ha de crear una xarxa en que tots puguin dialogar amb un protocol comú. Hi ha diferents estàndards: X-10, EIB, EHS. El sistema més antic i senzill és la xarxa X-10 que no requereix d’un cablat específic sinó que empra la mateixa instal·lació elèctrica per comunicar-se, d’aquesta manera s’aprofita la instal·lació existent i es pot aplicar de forma ràpida. És modular i permet la connexió de fins a 256 elements, els quals al formar part d’una xarxa se’ls ha d’assignar una adreça per identificar-los. El mòdul per al control s’interposa entre la xarxa i l’electrodomèstic en qüestió. El protocol de comunicació té 6 ordres: encès, apagat, tot encès, tot apagat, augmentar, reduir. La gestió es pot fer localment, amb ordinador o amb comandament a distància i remotament amb telèfon, mòbil o fix, i per Internet. Elements d’un sistema X-10.

21. Introducció a la tecnologia de control Aplicacions de la tecnologia de control a les instal·lacions de l’habitatge Un sistema més evolucionat i amb molta més capacitat de gestió és l’EIB (European Installation Bus) Requereix la instal·lació de cables per estructurar la xarxa. És prou potent com per automatitzar grans sistemes com edificis de centres comercials, oficines, etc. La gestió del sistema és descentralitzada, de manera que des de qualsevol punt de la instal·lació es pot controlar tota la xarxa. Quan els criteris de gestió de la domòtica s’apliquen a edificis que no són vivendes aquesta tecnologia rep el nom d’immòtica.