Temas Especiales de Instrumentación y control

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Temas Especiales de 
Instrumentación y 
Control 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Autores: 
Dr. C. Julio R. Gómez Sarduy 
Msc. Roy Reyes Calvo 
Dr. C. Daniel Guzmán del Río 
 
 
 
Cienfuegos , 3 de Septiembre de 2007 
 
Tabla de Contenido 
1 CAPÍTULO 1: SENSORES Y ACTUADORES.__________________________________1 
1.1 Sensores. __________________________________________________________________ 1 
1.1.1 Especificaciones.__________________________________________________________________ 2 
1.1.2 Clasificación._____________________________________________________________________ 2 
1.1.3 Sensores comunes para temperatura.___________________________________________________ 3 
1.1.3.1 Termopares. _________________________________________________________________ 3 
1.1.3.2 Termoresistencias. ____________________________________________________________ 5 
1.1.3.3 Termistores. _________________________________________________________________ 8 
1.1.3.4 Otros sensores de temperatura. __________________________________________________ 8 
1.1.4 Sensores de presión. ______________________________________________________________ 10 
1.1.4.1 Tubos de Bourdon. __________________________________________________________ 10 
1.1.4.2 Fuelles y membranas. ________________________________________________________ 11 
1.1.4.3 Sensores de presión a semiconductores. __________________________________________ 12 
1.1.5 Sensores de caudal. _______________________________________________________________ 12 
1.1.5.1 Sensores basados en presión diferencial. __________________________________________ 12 
1.1.5.2 Turbinas___________________________________________________________________ 13 
1.1.5.3 Medidores electromagnéticos de caudal. __________________________________________ 14 
1.1.5.4 Medidor ultrasónico de caudal. _________________________________________________ 15 
1.1.6 Sensores de nivel_________________________________________________________________ 17 
1.1.6.1 Sensores de nivel discretos. ____________________________________________________ 17 
1.1.6.2 Sensores de nivel continuos. ___________________________________________________ 17 
1.1.7 Desplazamiento angular ___________________________________________________________ 18 
1.1.7.1 Potenciómetros. _____________________________________________________________ 18 
1.1.7.2 Encoders __________________________________________________________________ 19 
1.1.8 Sensores de velocidad angular ______________________________________________________ 21 
1.1.8.1 Velocidad angular a partir de encoders.___________________________________________ 21 
1.1.8.2 Tacómetros ________________________________________________________________ 21 
1.1.9 Posición lineal ___________________________________________________________________ 21 
1.1.9.1 Potenciómetro lineal. _________________________________________________________ 22 
1.1.9.2 Transformador diferencial variable lineal (LVDT). _________________________________ 22 
1.1.10 Sensores de carga ______________________________________________________________ 23 
1.1.10.1 Galgas de esfuerzo (Strain Gauge). ______________________________________________ 24 
1.1.10.2 Sensores de carga a semiconductores. ____________________________________________ 25 
1.1.11 Sensores de proximidad._________________________________________________________ 26 
1.1.11.1 Sensores ópticos. ____________________________________________________________ 26 
1.1.12 Sensores Inteligentes ___________________________________________________________ 28 
1.1.13 Criterios de selección de un sensor. ________________________________________________ 28 
1.2 Acondicionamiento de señales. _______________________________________________ 29 
1.3 Actuadores._______________________________________________________________ 30 
1.3.1 Clasificación ____________________________________________________________________ 30 
1.3.2 Solenoides ______________________________________________________________________ 31 
1.3.3 Cilindros hidráulicos y neumáticos. __________________________________________________ 31 
1.3.4 Motores eléctricos. _______________________________________________________________ 33 
1.3.4.1 Motores de corriente alterna. ___________________________________________________ 33 
1.3.4.2 Motores de corriente directa. ___________________________________________________ 35 
1.3.4.3 Motores de paso_____________________________________________________________ 36 
2 CAPÍTULO 2: SISTEMAS DE CONTROL.____________________________________39 
2.1 Definiciones básicas. _______________________________________________________ 39 
2.2 Objetivos del control automático de procesos. __________________________________ 40 
2.3 Reguladores y servomecanismos._____________________________________________ 40 
2.4 Sistema de control en lazo abierto y en lazo cerrado._____________________________ 40 
2.5 Diagrama de bloques y función transferencia. __________________________________ 43 
2.6 Estrategias de Control. _____________________________________________________ 44 
2.7 Clasificación general de los sistemas de control _________________________________ 45 
2.8 Acciones básicas de control. _________________________________________________ 46 
2.8.1 Acción de dos posiciones. __________________________________________________________ 46 
2.8.2 Acción proporcional (P).___________________________________________________________ 48 
2.8.3 Acción integral (I). _______________________________________________________________ 49 
2.8.4 Acción proporcional-integral (PI). ___________________________________________________ 51 
2.8.5 Acción proporcional-derivativo (PD)._________________________________________________ 52 
2.8.6 Acción proporcional-integral-derivativo (PID). _________________________________________ 52 
2.9 Criterios de comportamiento. ________________________________________________ 53 
2.10 Reglas de sintonización para controladores PID_________________________________ 54 
2.11 Simulación de sistemas de control ____________________________________________ 56 
3 CAPITULO 3: Controladores Lógicos Programables (PLC). ______________________62 
3.1 Pequeña reseña histórica____________________________________________________ 62 
3.2 Introducción a los PLC _____________________________________________________ 63 
3.2.1 Definición de autómata programable _________________________________________________ 64 
3.2.2 Campos de aplicación _____________________________________________________________ 64 
3.2.3 Ventajas e inconvenientes de los PLC's _______________________________________________ 64 
3.3 Estructura. Conceptos generales _____________________________________________ 65 
3.3.1 Estructura externa ________________________________________________________________ 65 
3.3.2 Estructura interna ________________________________________________________________ 66 
3.3.2.1 Memoria __________________________________________________________________ 67 
3.3.2.2 CPU ______________________________________________________________________ 68 
3.3.3 Unidades de E/S (Entrada y salida de datos)____________________________________________ 68 
3.3.4 Interfaces_______________________________________________________________________ 69 
3.3.4.1 Equipos o unidades de programación ____________________________________________ 69 
3.3.4.2 Dispositivos periféricos _______________________________________________________ 70 
3.3.5 Ciclo de trabajo de un autómata _____________________________________________________ 70 
3.4 Estructura Interna del PLC _________________________________________________ 70 
3.4.1 Entradas y salidas ________________________________________________________________ 70 
3.4.2 Marcas de memoria _______________________________________________________________ 71 
3.4.3 Registros y acumuladores __________________________________________________________ 71 
3.4.4 Temporizadores y contadores _______________________________________________________ 71 
3.4.5 Constantes______________________________________________________________________ 71 
3.4.6 Estructura del programa ___________________________________________________________ 71 
3.4.7 Tipos de módulos ________________________________________________________________ 72 
3.5 Lenguajes de programación _________________________________________________ 73 
3.5.1 Lenguaje a contactos: LD ó KOP ____________________________________________________ 73 
3.5.2 Lenguaje por Lista de Instrucciones: IL ó AWL_________________________________________ 73 
3.5.3 GRAFCET _____________________________________________________________________ 74 
3.5.4 PLANO DE FUNCIONES: FBD ____________________________________________________ 74 
3.6 Estándar IEC1131-3 _______________________________________________________ 75 
3.6.1 Gráfico secuencial de funciones (grafcet) ______________________________________________ 75 
3.6.2 Lista de instrucciones _____________________________________________________________ 75 
3.6.3 Texto estructurado________________________________________________________________ 75 
3.6.4 Diagrama de contactos ____________________________________________________________ 76 
3.6.5 Diagrama de funciones ____________________________________________________________ 76 
3.6.6 Organización de tareas ____________________________________________________________ 76 
3.6.7 Bloques de funciones _____________________________________________________________ 76 
3.7 Sistemas Lógicos. Álgebra de Boole ___________________________________________ 77 
3.7.1 Funciones generales ______________________________________________________________ 77 
3.7.2 Funciones especiales ______________________________________________________________ 77 
3.8 Ejemplos de aplicación _____________________________________________________ 78 
3.8.1 Control de los movimientos de subida y bajada de un ascensor _____________________________ 78 
3.8.1.1 Movimientos:_______________________________________________________________ 79 
3.8.1.2 .Circuito lógico:_____________________________________________________________ 80 
3.8.2 Taladro semiautomático ___________________________________________________________ 80 
3.8.2.1 .Circuito lógico:_____________________________________________________________ 82 
3.9 Elementos del Grafcet ______________________________________________________ 82 
3.9.1 Etapas iniciales __________________________________________________________________ 83 
3.9.2 Etapas normales _________________________________________________________________ 83 
3.9.3 Acciones asociadas _______________________________________________________________ 84 
3.9.4 Acciones asociadas condicionadas ___________________________________________________ 84 
3.9.4.1 Acción condicionada _________________________________________________________ 84 
3.9.4.2 Acción retardada ____________________________________________________________ 85 
3.9.4.3 Acción limitada _____________________________________________________________ 85 
3.9.4.4 Acción de impulso ___________________________________________________________ 85 
3.9.4.5 Acción memorizada__________________________________________________________ 85 
3.9.5 Transiciones ____________________________________________________________________ 85 
3.9.6 Receptividades asociadas a las transiciones ____________________________________________ 86 
3.9.7 Líneas de enlace _________________________________________________________________ 86 
3.10 Diseño y estructuras del Grafcet______________________________________________ 86 
3.10.1 Desarrollo del sistema __________________________________________________________ 87 
3.10.2 Evolución del sistema___________________________________________________________ 88 
3.10.3 Secuencia única _______________________________________________________________ 89 
3.10.4 Bifurcación en O. Selección de secuencia.___________________________________________ 89 
3.10.5 Bifurcación en Y. Trabajos en paralelo _____________________________________________ 90 
3.10.6 Saltos de etapas _______________________________________________________________ 91 
3.10.7 Bucles_______________________________________________________________________ 92 
3.10.8 Subrutinas____________________________________________________________________ 92 
3.10.9 Macro-etapas _________________________________________________________________ 93 
3.10.10 Diagramas paralelos ____________________________________________________________ 93 
4 Capítulo 4: Sistemas Digitales _______________________________________________95 
4.1 Sistemas Digitales en la Automatización Industrial. Pirámide de Control. ___________ 95 
4.1.1 La computadora como herramienta. __________________________________________________ 95 
4.1.2 La computadora como controlador.___________________________________________________ 96 
4.1.2.1 Contexto histórico de la PC control de procesos ____________________________________ 96 
4.1.2.2 Funciones de la computadora en el control de procesos ______________________________ 96 
4.1.2.3 Computadora en control digital directo (DDC) _____________________________________ 96 
4.1.2.4 Computadora de vigilancia ____________________________________________________ 97 
4.1.2.5 Computadora de supervisión ___________________________________________________ 97 
4.1.3 Sistemas de Control Distribuido _____________________________________________________ 97 
4.2 Sistemas de tiempo real. ____________________________________________________ 99 
4.3 Sistemas SCADA _________________________________________________________ 100 
4.3.1 Características de un sistema SCADA _______________________________________________ 101 
4.3.2 Prestaciones____________________________________________________________________ 102 
4.3.3 Requisitos _____________________________________________________________________ 102 
4.3.4 Componentes De Hardware. _______________________________________________________ 103 
4.3.4.1 Funcionalidad del Hardware de un RTU _________________________________________ 105 
4.3.4.2 Funcionalidad del Software de un RTU__________________________________________ 105 
4.4 Software SCADA y Principales Productos Comerciales. _________________________ 106 
4.5 Estructura y Componentes de un Software SCADA ____________________________ 108 
4.6 Interfaces de Comunicación.________________________________________________ 111 
4.6.1 Tecnologías de Integración Microsoft (Drivers Específicos) ______________________________ 113 
4.6.1.1 COM/DCOM______________________________________________________________ 113 
4.6.1.2 Visual Basic for Applications (VBA) ___________________________________________ 113 
4.6.1.3 Interfaz OPC ______________________________________________________________ 113 
4.6.1.4 ActiveX __________________________________________________________________ 114 
4.6.1.5 Conectividad remota WebServer (conexión a través de internet) ______________________ 114 
4.7 EVOLUCIÓN DEL SOFTWARE SCADA ____________________________________ 115 
4.7.1 Tendencias: ____________________________________________________________________ 116 
4.8 ALGUNAS APLICACIONES DE LOS SCADA EN LA INDUSTRIA Y LOS 
SERVICIOS____________________________________________________________________ 117 
5 GUÍA GENERAL PARA EL ESTUDIO. _____________________________________122 
5.1 Introducción: ____________________________________________________________ 122 
5.2 Objetivo General._________________________________________________________ 122 
5.3 Objetivos específicos. ______________________________________________________ 122 
5.4 Sistema de contenido por temas._____________________________________________ 123 
5.4.1 Tema 1. Sensores y Actuadores. ____________________________________________________ 123 
5.4.2 Tema 2. Sistemas de Control. ______________________________________________________ 123 
5.4.3 Tema 3. Controladores Lógicos Programables (PLC). ___________________________________ 123 
5.4.4 Tema 4. Sistemas Digitales. _______________________________________________________123 
5.5 Sistema de evaluación._____________________________________________________ 123 
5.6 Bibliografía Básica: _______________________________________________________ 124 
5.7 Bibliografía Complementaria: ______________________________________________ 124 
5.8 INDICACIONES PARA EL ESTUDIO POR TEMAS.__________________________ 124 
5.8.1 Tema 1. SENSORES Y ACTUADORES. ____________________________________________ 124 
5.8.2 Tema 2. SISTEMAS DE CONTROL. _______________________________________________ 125 
5.8.3 Tema 3. CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES (PLC).______________________ 126 
5.8.4 Tema 4. SISTEMAS DIGITALES.__________________________________________________ 126 
5.8.5 Evaluación Final de la Asignatura: __________________________________________________ 127 
 
 
INTRODUCCIÓN 
 
La competencia empresarial obliga a fabricar de forma más eficiente y flexible y a reducir los 
tiempos de puesta en el mercado de nuevos productos. Esto hace que actualmente se ponga gran 
interés en la calidad y nuevas tecnologías y en el desarrollo rápido de nuevos productos para 
tener ventajas competitivas, a la vez que se requiere reducir costos, en particular energéticos, y 
aumentar la eficacia y flexibilidad de los sistemas de producción. 
Por otro lado, las exigencias medioambientales, suponen también una presión en la dirección de 
mejora tecnológica, mientras que la perspectiva de un desarrollo sostenible apunta al ahorro 
energético. Todo esto lleva a que los sistemas de instrumentación y control automático se 
conviertan en los pilares que marcan la evolución industrial permitiendo aumentar producciones, 
mejorar la calidad, reducir costos y personal, cumplir con los requisitos medioambientales, etc. y 
no cabe duda de que constituyen un requisito básico para llevar a cabo todas las mejoras 
necesarias en las empresas industriales o de servicios. 
En este libro se tratan los elementos básicos de los sistemas de instrumentación y control, con el 
objetivo de proveer fundamentalmente a los especialistas en el campo de la gestión energética, de 
las herramientas necesarias para la comprensión de estos sistemas de manera que puedan utilizar 
la información que ellos brindan y explotarlos en función del ahorro energético. En todo el texto 
se tratan aspectos generales necesarios para comprender los sistemas de instrumentación y 
control actuales. 
No se enfoca el estudio al diseño o selección de componentes en estos sistemas ya que esto es 
interés de especialistas e ingenieros en control automático. Por otro lado, en la inmensa mayoría 
de los casos, de lo que se trata es de comprender el funcionamiento de sistemas ya construidos o 
prepararse para enfrentar remodelaciones o inversiones importantes en la empresa y que incluyen 
la esfera de la automatización. 
Actualmente en la industria de procesos y en muchas instalaciones de servicios se tiene ya un alto 
grado de lo que podemos llamar automatización básica: salas de control con sistemas de control 
distribuido (DCS), PLCs para sistemas de seguridad o secuenciamiento, etc. Incluso muchas 
industrias tienen elementos de lo que se conoce como control avanzado. Del mismo modo se 
extienden y afianzan los buses de campo a la vez que los sistemas basados en ordenador y la 
normalización de las comunicaciones permiten disponer de cantidades ingentes de datos de 
proceso y de potencia de cálculo a precios acsequibles. 
Como se comprenderá, tampoco es posible en este texto abordar los problemas complejos para 
los cuales el control tiene una metodología y un enfoque sistémico, muchos de los cuales no son 
ni siquiera “clásicos” y pertenecen a lo que podemos llamar niveles superiores de la jerarquía. 
Por todo esto, la agrupación y el orden en el estudio de los diferentes temas escogidos, obedecen 
a necesidades metodológicas para la Maestría en Eficiencia Energética que tiene como núcleo los 
principios y resultados logrados con la Tecnología de Gestión Total Eficiente de la Energía, que 
fue desarrolla por el Centro de Estudios de Energía y Medio Ambiente de la Universidad de 
Cienfuegos “Carlos Rafael Rodríguez” de nuestro país. 
Por constituir los sensores los elementos primarios en todos estos sistemas, así como los 
actuadores los elementos de potencia para los dispositivos de acción final, se estudian en el 
primer tema los principios de funcionamiento y los diferentes tipos existentes. En este tema 
también se tocan elementos del acondicionamiento de señales necesario para la implementación 
de un sistema completo. 
 
Los sistemas de control, con énfasis en las acciones básicas de control, se estudian en el segundo 
tema, en el cual se abordan los elementos básicos para la representación de un sistema de control 
en diagrama de bloques y función transferencia y se plantean los pasos para la sintonía de un 
controlador PID. 
El empleo de los Controladores Lógicos Programables (PLC) también es un tema tratado en el 
texto por su importancia y proliferación. Por último, se trata de dar una visión más amplia de la 
automatización al estudiar los sistemas de control digitales, sistemas SCADA (Supervisory 
Control and Data Adquisition) y sus aplicaciones, así como el papel de la computadora en los 
sistemas de control. 
Por supuesto que con estos temas, el control estará presente con más fuerza en la formación de 
los titulados relacionados con el ahorro energético y dentro de los cuales se encuentran: 
Ingenieros químicos, mecánicos, eléctricistas, industriales, informáticos, etc. con el objetivo de 
formar personal competente, no de especialización, sino con una visión de la realidad desde la 
óptica de integración de diversas ramas para dar una respuesta seria al problema del ahorro y 
gestión energética de sus empresas. 
 
 
1 
1 CAPÍTULO 1: SENSORES Y ACTUADORES. 
Los grandes requerimientos, tanto cualitativos como cuantitativos, impuestos en el campo 
industrial y de los servicios hacen imposible que los actuales y complejos procesos se estructuren 
sobre las posibilidades limitadas del trabajo humano. El propio desarrollo de la humanidad ha 
llevado a que sea necesario manejar un volumen de información inmenso. Por ejemplo, en todos 
los sistemas de control es necesario medir las variables a controlar, utilizar esta información para 
diagnosticar la mejor forma de operar el proceso o la planta y disponer de medios que permitan 
modificar el proceso para que se comporte de la manera deseada. 
La secuencia medir-decidir-actuar es válida tanto para manejar una sola variable como para una 
planta completa donde medir una propiedad en el producto terminado puede conllevar acciones 
sobre determinadas operaciones en la línea del proceso. Ahora bien, no solo es necesario realizar 
mediciones con el propósito de controlar, también es habitual medir otras variables de manera 
que se tenga una información completa de lo que está sucediendo y transmitir esta información 
con el objetivo de representarla o almacenarla para ser utilizada posteriormente. 
En todos los casos, los instrumentos utilizados para la detección y medición de magnitudes físicas 
son los sensores. Estos se basan en fenómenos físicos para obtener señales que pueden ser 
medidas, típicamente voltajes o corrientes. Entre los fenómenos físicos empleados para construir 
sensores se encuentran: la temperatura, la posición angular o lineal, el sonido, la intensidad 
luminosa, etc. Muchos sensores basados en propiedades eléctricas de los materiales y dispositivos 
producen señales que requieren ser acondicionadas de manera que puedan ser utilizadas por el 
resto de los instrumentos. A menudo se emplean en calidad de acondicionadores de señal 
amplificadores que elevan las corrientes y voltajes a voltajes mayores. 
El dispositivo opuesto a los sensores se conoce como actuador, que son los instrumentos de 
manipulación que convierten una señal en una acción, casi siempre mecánica (motores, válvulas, 
solenoides, pistones, etc.). En este capítulo se estudian los sensoresy actuadores como elementos 
básicos dentro de los proyectos de instrumentación y control. 
1.1 Sensores. 
Se llama sensor al instrumento que produce una señal, usualmente eléctrica, que refleja el valor 
de una propiedad, mediante alguna correlación definida (su ganancia). En términos estrictos, 
estos instrumentos no alteran la propiedad sensada. Por ejemplo, un sensor de temperatura sería 
un instrumento tal que no agrega ni cede calor a la masa sensada, es decir, en concreto, sería un 
instrumento de masa cero o que no contacta la masa a la que se debe medir la temperatura (un 
termómetro de radiación infrarroja, p.e.). 
Existe, además, el concepto de transductor: un instrumento que convierte una forma de energía en 
otra (o una propiedad en otra). Las diferencias entre sensores y transductores son muy ligeras, un 
sensor realiza funciones de transductor y un transductor tiene necesariamente que sensar alguna 
cantidad física. La diferencia fundamental radica en la eficiencia de la conversión energética que 
es más trascendental en los transductores propiamente dichos. Por ejemplo, un generador 
eléctrico en una caída de agua es un conocido transductor de energía cinética de un fluido en 
energía eléctrica; sobre esta base se podría pensar, por ejemplo, en un transductor de flujo a señal 
eléctrica consistente de un pequeño generador de paletas movido por el caudal a medir. Debido a 
que los transductores siempre retiran algo de energía desde la propiedad medida, al usarlo para 
obtener la cuantificación de una propiedad en un proceso, se debe verificar que la pérdida no 
impacte al proceso sensado en alguna magnitud importante. 
2 
En el terreno de la instrumentación y control se habla de sensores, para englobar tanto 
transductores como sensores, dándose por sentado que cuando se utilizan transductores, la 
potencia que se absorberá será mínima. Es decir, es responsabilidad del diseñador asegurar que la 
medición de una propiedad no altere el proceso. 
1.1.1 Especificaciones. 
Todos los instrumentos deben ser especificados de manera que garanticen la operación del 
proceso y que permitan la estimación de sus costos. Estas especificaciones se pueden aplicarse 
tanto a sensores como a actuadores, sin que todas y cada una de las definiciones que siguen a 
continuación sean aplicables a todo sensor o actuador. Sin embargo, las definiciones conforman 
parte de los términos empleados en los sistemas de medición. 
Precisión-Es la máxima diferencia entre el valor indicado y el valor real de la magnitud. Se 
representa por la desviación, expresada en porcentaje del valor máximo. Por ejemplo, cuando un 
sensor mide una fuerza de 50N con una precisión de ±1%, entonces la fuerza puede tener un 
valor desde 49.5N a 50.5N. 
Linealidad-Significa que la función que relaciona la variable de salida con la de entrada es una 
función lineal. En muchos sensores esto es un aspecto deseable. Cuando la relación es no lineal, 
la conversión de la salida del sensor a una cantidad calculada se hace más compleja. 
Repetibilidad- Especifica la habilidad del instrumento para entregar la misma lectura en 
aplicaciones repetidas del mismo valor de la variable medida. Así, por ejemplo, si a una misma 
presión de 25 kg/cm2, un manómetro de precisión de 1 kg/cm2, entrega las lecturas de 25,5; 26; 
24,3; y 24 kg/cm2 su operación es repetible; una lectura de 27 kg/cm2 indicaría un problema de 
repetibilidad del instrumento (a menos que conste que fuese un problema de histéresis). 
Histéresis-Diferencia entre los valores indicados por el sistema para un mismo valor de magnitud 
medida, cuando se ha alcanzado este valor por valores crecientes o por valores decrecientes. 
Resolución-Es el menor incremento que el sensor puede detectar. Por ejemplo, si un sensor mide 
hasta 25 cm de desplazamiento lineal, y su salida es un número de 0 a 100, entonces la resolución 
del mismo es 2.5mm. 
Rango- Límites naturales del sensor. Por ejemplo, un sensor para lectura de posición angular 
puede rotar solamente 200 grados. 
Ambiente- Los sensors tienen limitaciones con otros factores ambientales tales como temperature, 
humedad, presión, existencia de polvo/aceite y atmósferas corrosivas. Por ejemplo muchos 
sensores deben trabajar en humedades relativas (RH) entre 10% y 80%. 
Respuesta dinámica-El rango de frecuencia para la operación regular del sensor. Típicamente los 
sensores tienen un límite superior de frecuencia de operación, ocasionalmente se da también un 
límite inferior. 
Calibración- Cuando es fabricado o instalado, muchos sensores necesitan ser calibrados para 
determinar o ajustar la relación entre el fenómeno de entrada y la salida. Esto puede requerir 
equipo especial y necesita ser realizado frecuentemente. 
Costo-Generalmente mayor precisión cuesta más. Algunos sensores son muy económicos pero el 
costo del equipamiento para acondicionamiento de la señal es significativo. 
1.1.2 Clasificación. 
La clasificación de los sensores puede realizarse convencionalmente atendiendo a: 
• Principio de conversión. 
• Variable medida. 
3 
• Tecnología empleada 
• Aplicación. 
A continuación se dividen los mismos por su aplicación de acuerdo a las categorías más comunes 
encontradas en los sistemas de medición. 
1.1.3 Sensores comunes para temperatura. 
La medición de temperatura es muy común en todos los procesos y en los sistemas de control. Se 
miden temperaturas en diversos rangos como por ejemplo de -60ºC a 0ºC en sistemas de 
refrigeración, de 0 a 100ºC en sistemas de climatización, en la metalurgia para el procesamiento y 
refinación de metales es necesario medir temperaturas hasta 1600ºC y en los sistemas de plasma 
temperaturas muy altas por encima de los 2000ºC. Los elementos de medida de temperatura 
fundamentales son: 
1.1.3.1 Termopares. 
Estos sensores son muy utilizados en la mayoría de las aplicaciones industriales y en otras ramas 
por la sencillez de su construcción y por la precisión que permiten cuando están debidamente 
calibrados, además de su bajo costo y fiabilidad. Con ellos pueden medirse temperaturas desde -
200ºC hasta cerca de 2000ºC. Los distintos fabricantes, ajustados a normas internacionales, 
establecen la composición de los metales que forman los termopares y los cables de extensión lo 
que permite intercambiabilidad, no solo de los elementos primarios sino también de los 
instrumentos (indicadores, registradores, transmisores y controladores de temperatura). 
Cada metal tiene un nivel de potencial natural, y cuando dos metales diferentes se unen por sus 
extremos y estos están a diferentes temperaturas se genera una diferencia de potencial que hace 
circular una corriente eléctrica por el circuito. Este principio fue descubierto por T. J. Seebeck en 
1821 y en el se basa la construcción de los termopares. 
La unión que se encuentra a temperatura más alta se denomina unión caliente y se ubica en el 
punto donde se quiere medir la temperatura. La otra unión se acostumbra localizar junto al 
instrumento de medida y se denomina unión fría o unión de referencia. 
Se dispone de tablas muy completas que indican la f.e.m. en milivolts para diversas temperaturas 
de la unión caliente cuando la unión fría se mantiene a determinada temperatura (normalmente 
0ºC). En la práctica, la temperatura a la cual se encuentra la unión de referencia es generalmente 
la temperatura ambiente, distinta de cero y variable con el tiempo, por lo cual es necesario 
realizar correcciones en forma automática o manual. 
Puede realizarse una compensación fija a 20 o 25ºC, con lo que cualquier diferencia, introducirá 
un error en la medida. Los instrumentos utilizados para la medición de temperatura con 
termopares, generalmente realizan en forma automática la corrección de la temperatura de 
referencia. Uno de los métodos utilizados es medir la temperatura a la cual se encuentra la unión 
de referencia y por medio de un circuito electrónico, agregar a la f.e.m. de salida del termopar, 
una f.e.m. proporcional a ladiferencia entre aquella y 0º C. 
Existen varios tipos de termopares, puesto que cualquier par de metales conformaría un tipo 
determinado. Sin embargo, la práctica ha llevado al uso de ciertos tipos normalizados, a los que 
se les cita por una letra (las más típicas son las tipo J, K y T). Cada tipo difiere en el material de 
los metales A y B. Al diferir los materiales de construcción difieren los rangos de trabajo, el 
voltaje generado por unidad de grado y la máxima temperatura útil (antes que se funda). El 
termopar más conveniente se selecciona en dependencia de la gama del rango de temperatura, de 
los efectos corrosivos del ambiente, de la precisión deseada, etc. Algunas características de los 
4 
diferntes termopares pueden verse en la Tabla 1.1. La f.e.m. generada por un termopar para 
diferentes temperaturas se muestra en la Figura 1.1. 
 
Tabla 1.1 Tipos de termopares. 
 
 
 
Figura 1.1 Relación aproximada entre la f.e.m. y la temperatura de diferentes termopares con la 
unión de referencia a 0ºC. 
Por su naturaleza, los termopares presentan una resistencia prácticamente nula y su capacidad de 
generar potencia es muy débil, por lo tanto, se utiliza un amplificador que debe solicitar el 
mínimo posible de corriente desde el termopar. 
Es posible conectar dos o más termopares, según sean las necesidades de la aplicación. Cuando 
las f.e.m. de salida son muy pequeñas, se pueden conectar dos termopares en serie directamente 
como se muestra en la Figura 1.2 obteniendo como resultado la suma de las f.e.m. individuales. 
5 
 
Figura 1.2 Conexión de termopares de serie directa. 
 
Otra posibilidad es conectarlas en oposición como se muestra en la Figura 1.3 permitiendo la 
medición de la diferencia de temperaturas. En este caso el termopar que mide la mayor 
temperatura debe ser conectado con su salida positiva al positivo del milivoltímetro. 
 
Figura 1.3 Conexión de termopares en serie en oposición. 
 
1.1.3.2 Termoresistencias. 
Cuando se necesita alcanzar una precisión mayor que la permitida por los termopares o para 
medidas de pequeñas desviaciones de temperatura (del orden de 0,02ºC) se recurre al empleo de 
termoresistencias. Además, cuando se miden temperaturas cercanas a la temperatura ambiente 
son imprescindibles las resistencias. 
Estos sensores se basan en el hecho de que la resistencia de los metales incrementa cuando se 
eleva la temperatura. Por tanto, la temperatura puede ser medida empleando la resistencia de un 
alambre. Las termoresistencias normalmente emplean un hilo o lámina de platino, niquel, cobre o 
aleaciones de hierro y níquel. El hilo metálico es enrollado sobre un soporte aislante normalmente 
de cerámica y se cubre externamente para su protección por una funda termométrica de diversos 
materiales (metal, cerámica, vidrio, pirex, etc). 
La variación de la resistencia de un conductor con la temperatura puede ser representada por la 
siguiente expresión lineal: 
 
( )TRoR ⋅+= α1 
 
6 
Donde: R es la resistencia en Ω a la temperatura medida T ºC, Ro es la resistencia en Ω a la 
temperatura 0ºC y α es el coeficiente de temperatura de la resistencia. 
En particular, los sensores de temperatura normados para instrumentación más tradicionales se 
basan en la resistividad del platino, y el elemento más típico tiene una resistencia de 100 Ω a 0ºC 
(de ahí su nombre: PT100). En la Tabla 1.2 se dan las características fundamentales de las sondas 
de resistencia. 
 
Tabla 1.2 Características de las sondas de resistencia. 
Metal Resistividad 
μΩ/ cm 
Coeficiente de 
temperatura 
Ω/ Ω/ºC 
Intervalo 
útil de 
temperatura 
ºC 
Resistencia 
típica de la 
sonda a 0ºC. 
Ω 
Precisión 
ºC 
Platino 9.83 0.00392 -200 a 950 100 0.01 
Níquel 6.38 0.0063 a 0.0066 -150 a 300 100 0.50 
Cobre 1.56 0.00425 -200 a 120 10 0.10 
 
El elemento de medida puede ser un puente de medida de resistencia de corriente directa o 
alterna. Existen varias formas de conectar la termoresistencia al puente, en el montaje de dos 
hilos, que es el más sencillo y barato, la termoresistencia se une a uno de los brazos del puente 
mediante los hilos a y b (ver Figura 1.4). En la condición de balance del puente se cumple que: 
 
3
1
2
321
R
R
RR
RRRR
x
x
=
=
 
 
Pero, )( baKxRx ++= , donde x es la resistencia de la sonda, K es la resistencia por unidad de 
longitud de los hilos de conexión y a y b son las longitudes de los hilos de conexión. 
Por tanto, el valor de resistencia que se lee en R3, no se corresponde exactamente con el valor de 
resistencia de la sonda y por tanto con la temperatura que se mide. Este montaje se emplea solo 
cuando la resistencia del cable de conexión es moderada y cuando la lectura no requiere mucha 
exactitud. 
 
Figura 1.4 Esquema de puente con conexión a dos hilos. 
7 
 
El sistema de tres hilos es el más empleado en la práctica (Figura 1.5) y como su nombre lo 
indica se emplean tres hilos de conexión, al brazo de Rx, a la fuente de alimentación y al brazo de 
R3. 
Cuando el puente se balancea se cumple que: 
 
( ) ( )KaRRKbxR +=+ 321 
Si los hilos son iguales Kb=Ka y si se hace R1=R2, entonces x=R3 y se corresponde la lectura del 
puente con la resistencia de la sonda y por tanto es una indicación de la temperatura medida. 
 
Figura 1.5 Esquema de puente con conexión a tres hilos. 
 
Como para medir la resistencia se debe hacer pasar una corriente por termoresistencia, se debe 
mantener esta a un valor mínimo para prevenir el autocalentamiento. Estos dispositivos son más 
lineales que los termopares y pueden tener precisión de 0.05%, pero son más costosos. 
En la Tabla 1.3 se compara un termopar y una termoresistencia como una guía aproximada para 
especificar un sistema de medición de uso industrial. 
 
Tabla 1.3 Comparación entre termopar y termoresistencia. 
TERMOPAR RESISTENCIA DE PLATINO 
Precisión de 0.5 a 5ºC Precisión de 0.1 a 1ºC 
Rango de -200 a +1750ºC Rango de -200 a +650ºC 
Costo relativo 1 Costo relativo 2.5 
Respuesta de 50 ms a 5 s Respuesta de 1 a 50 s 
Pueden ser muy pequeños Tamaño mayor 
Necesidad de referencia cero - 
Resistente a las vibraciones Afectado por las vibraciones 
No necesita fuente de alimentación Necesita fuente de alimentación 
No tiene efecto de autcalentamiento La corriente debe ser limitada 
Deriva a largo plazo Excelente estabilidad 
Muy robusto Pueden ser frágiles 
Requiere cables especiales de extensión Usa cables de cobre 
Salida de 10-40 μV/ºC La salida cambia 0.4 Ω/ºC 
Necesitan apantallamiento Pueden ser sin apantallamiento 
 
8 
1.1.3.3 Termistores. 
Este tipo de termómetro es también un dispositivo cuya resistencia varía con la temperatura. 
Tienen una característica de resistencia negativa, o sea, que su resistencia disminuye cuando 
aumenta la temperatura. Se fabrican a menudo de óxidos metálicos semiconductores y con 
variedad de formas y tamaños. 
Estos dispositivos tienen una característica no lineal (Figura 1.6) por lo que comúnmente no se 
emplean para obtener lecturas precisas de temperatura sino cambios de temperatura, por ejemplo, 
para indicar sobrecalentamiento. Un aspecto positivo de los mismos es su alta sensibilidad, o sea, 
pequeños cambios en la temperatura provocan grandes variaciones en su resistencia. 
 
Figura 1.6 Curva de resistencia vs temperatura de un termistor y circuito de interfaz. 
 
En la figura 1.6 se muestra un circuito de interfaz simple de un termistor. Colocando el termistor 
en la parte superior de un divisor de voltaje, el voltaje de salida será relativamente lineal y con 
pendiente positiva (línea discontinua). El valor del resistor R debe ser cercano al valor nominal 
del termistor. Los termistores tienen un amplio rango de resistencia desde unos pocos ohmios 
hasta 1 MΩ y su selección depende del rango de temperatura de interés. Su precisión típica es del 
1% pero como se mencionó son dispositivos no lineales, tienen un rango de 
temperatura/resistencia limitado y pueden autocalentarse. 
1.1.3.4 Otros sensores de temperatura.Circuitos Integrados Sensores de Temperatura (IC temperature sensors): Estos circuitos 
integrados están siendo muy empleados. Su salida es una lectura digital y pueden ser más 
precisos que 0.01%. Pero están limitados en cuanto al rango de temperatura y requieren 
conocimiento de métodos de interfaz para datos serie o paralelos. 
Los circuitos integrados vienen en varias configuraciones. Un ejemplo común son los de la serie 
LM34 y LM35 de National Semiconductor. Estos circuitos producen un voltaje de salida que es 
proporcional a la temperatura en ºF para el LM34 y en ºC para el LM35. 
Las características fundamentales del IC LM35 son: 
• Calibrado directamente en ºC 
• Factor de escala lineal +10mV/ºC 
• Precisión garantizada 0.5ºC ( a +25ºC) 
• Rango nominal de -55 a +150ºC 
• Adecuado para aplicaciones remotas 
9 
• Bajo costo 
• Opera desde 4 hasta 30 V 
• Corriente drenada desde la fuente menor de 60 μA 
• Bajo autocalentamiento, 0.08ºC con aire en calma 
• No linealidad solamente de ±¼ºC 
• Baja impedancia de salida, 0.1Ω por 1mA de carga 
 
El voltaje de salida es directamente proporcional a la temperatura, esto es: 
 
CmVVout º10= 
 
Cuando solo se necesita medir temperaturas positivas, un circuito simple como el mostrado en la 
Figura 1.7b puede ser usado, en el caso de necesitar mediciones de temperaturas en todo el rango, 
se conecta como en la Figura 1.7c para lo cual se requiere voltajes de alimentación positivos y 
negativos. 
 
Figura 1.7 Diagrama de conexiones y configuraciones típicas del LM35. 
 
Pirómetros: Son dispositivos de medición de temperatura sin contacto que usan el calor radiante. 
Normalmente son empleados en aplicaciones de altas temperaturas o en ambientes agresivos 
donde no es posible emplear termopares, o para líneas de producción donde no es posible montar 
otros sensores ya que el área se mueve o tiene difícil acceso. Existen dos variantes de pirómetros, 
los que miden la temperatura en función de la radiación luminosa que el cuerpo emite 
(pirómetros ópticos); y los que miden la temperatura captando toda o gran parte de la radiación 
emitida por el cuerpo (pirómetros de radiación total). 
10 
1.1.4 Sensores de presión. 
La presión es definida como una fuerza por unidad de superficie que un material ejerce sobre 
otro. En el Sistema Internacional de unidades la presión se mide en Newtons por metro cuadrado 
(N/m2) o Pascal (Pa). 
Los sensores de presión normalmente constan de dos partes: la primera convierte la presión en 
una fuerza o desplazamiento, y la segunda convierte la fuerza o desplazamiento en una señal 
eléctrica. 
La medición más sencilla se corresponde con la presión manométrica, la cual es la diferencia 
entre la presión medida y la presión del ambiente. A nivel del mar, la presión del ambiente es 
igual a la atmosférica y se considera igual a 101.3 kPa. 
Un sensor ligeramente más complicado es el que se utiliza para medir la presión diferencial, que 
es la diferencia de dos presiones en la que ninguna es necesariamente igual a la atmosférica. Un 
tercer sensor de presión es el que se utiliza para medir la presión absoluta, la cual se mide con 
un sensor de presión diferencial donde un lado está referenciado como cero (cercano al vacío 
total). 
1.1.4.1 Tubos de Bourdon. 
De todos los elementos de medida de presiones este es el más usual. Está constituido por un tubo 
de sección elíptica enrollado circularmente en espiral o en hélice. Cuando la presión interior 
aumenta el tubo tiende a enderezarse. Este movimiento es proporcional a la presión aplicada. 
En la Figura 1.8 se presentan dos tipos de tubo bourdon. Estos se construyen de materiales 
elásticos. De acuerdo al fluido que se ha de medir se utiliza bronce, cobre-berilio, acero, acero 
inoxidable, etc. 
El desplazamiento puede ser lineal o angular y acciona un sensor de posición como por ejemplo, 
un transformador diferencial para convertir el desplazamiento en una señal eléctrica. 
Los sensores de tubo bourdon están disponibles en rangos desde 200 hasta 700 000 kPa y su 
empleo típico incluye manómetros para agua y vapor. Estos sensores tienen una precisión típica 
de 0,5%. 
 
Figura 1.8 Sensores de presión. a) muelle tubular o bourdon. b) muelle tubular helicoidal. 
 
11 
1.1.4.2 Fuelles y membranas. 
Existen sensores de presión que emplean como órgano medidor un tubo metálico sin soldadura, 
en forma de fuelle, de paredes finas y cuyas profundas ondulaciones se obtienen por laminación. 
Este fuelle tiene la característica de estirarse o acortarse por efecto de la presión de modo que en 
el punto de medida se cumple que la deformación elástica se equilibra con la presión aplicada 
convirtiendo en definitiva la presión en movimiento lineal (Figura 1.9a). Este movimiento es 
detectado por un sensor de posición. La Figura 1.9b ilustra un sensor de presión diferencial el 
cual se construye encerrando el fuelle en una cámara. Aquí la presión exterior al fuelle (presión 
2) tiende a hacer que este se comprima, mientras la presión interior (presión 1) tiende a hacer que 
se expanda. La posición del eje es una función de la diferencia entre la presión exterior e interior 
del fuelle. Los manómetros de fuelle son más sensibles que los de tubo bourdon en el rango de 
bajas presiones de 0 a 200 kPa. 
 
Figura 1.9 Sensores de presión tipo fuelle. a) para presión simple. b) para presión diferencial 
 
De igual manera, el manómetro de membrana está formado por una membrana en forma de disco 
que posee varias ondulaciones concéntricas. El material empleado en su fabricación se selecciona 
de acuerdo al uso que vaya a tener el manómetro y la presión a medir. Bajo los efectos de la 
presión, la membrana se deforma proporcional a la presión y transmite su movimiento a un 
sensor de posición (ver Figura 1.10). 
 
Figura 1.10. Sensor de presión de membrana. 
 
12 
1.1.4.3 Sensores de presión a semiconductores. 
Algunos sensores de presión utilizan las propiedades piezoresistivas del silicio. Los elementos 
piezoresistivos convierten presiones directamente en resistencia, y la resistencia puede ser 
convertida en voltaje. Estos sensores tienen la ventaja de no tener partes móviles y están 
disponibles en rangos de presiones desde 0 a 10 kPa y desde 0 a 34 000 kPa. 
1.1.5 Sensores de caudal. 
Los sensores de caudal miden la cantidad de material que pasa por un punto en cierto tiempo. Se 
considerará solo flujos de líquidos o gases fluyendo en una tubería o en un canal abierto. Los 
sensores de caudal pueden ser de varios tipos, los que se basan en presión diferencial, aquellos 
que accionan un dispositivo mecánico y otro grupo de sensores que emplean tecnología más 
sofisticada. 
1.1.5.1 Sensores basados en presión diferencial. 
Este grupo de sensores se basa en el hecho de que la presión de un fluido en movimiento es 
proporcional al caudal. Si se detecta la presión con un sensor de presión como los mencionados 
anteriormente, el caudal puede ser calculado. El sensor de caudal más sencillo es la placa de 
orificio, el cual es una simple restricción en la tubería que provoca una caída de presión. Este 
sensor requiere dos tomas de presión, una aguas arriba y otra aguas abajo de la restricción. 
Aunque el cálculo del caudal es una ecuación compleja, tiene la siguiente expresión general: 
 
( )12 PPkQ −= 
 
Figura 1.11 Sensor de caudal por presión diferencial con placa de orificio. 
 
Otro método para crear la presión diferencial es el tubo de Venturi, como se ilustra en la Figura 
1.12. Un Venturi es una reducción gradual en la tubería que provoca que la velocidad del fluido 
aumente en el área restringida. Esta área de baja velocidad tiene una baja presión. Al igual que en 
la placa de orificio el caudal es proporcional a la diferencia de presión entre P2 y P1. El tubo de 
Venturi permite mayor precisión que la placa de orificio y puede ser utilizado para líquidos con 
sólidos en suspensión. En cuanto a costo es más costoso que la placa de orifico. 
Una desventajade este tipo de sensores es que ambos causan caídas de presión en la tubería que 
pueden ser indeseables. 
13 
 
Figura 1.12 Tubo de ventura para la medición de caudal. 
1.1.5.2 Turbinas 
Consiste de un juego de paletas o aspas acopladas a un eje las cuales giran cuando el fluido pasa 
a través de ellas. La velocidad a la cual giran estas aspas es proporcional a la velocidad del fluido 
y por tanto, si tenemos el área del conducto podemos determinar el caudal. En este instrumento se 
genera una señal eléctrica, de baja amplitud, con frecuencia proporcional a la velocidad del 
fluido que se mide. La medida de la velocidad del rotor se realiza sin ninguna conexión mecánica 
externa. En una bobina con núcleo de imán permanente (bobina de pick-up) montada en el forro 
interno del medidor se inducen pulsos al paso de cada una de las paletas de la turbina estos 
impulsos son amplificados y transformados en impulsos rectangulares en un amplificador 
montado en el propio medidor. Un contador electrónico de pulsos, que puede ser remoto, permite 
indicaciones digitales del caudal. 
 
Figura 1.13 Medidor de caudal del tipo turbina. 
 
Este tipo de instrumento puede tener acoplado los siguientes accesorios: 
• Indicador local de flujo: Display numérico donde se visualiza el valor de flujo leído por el 
instrumento. Puede ser de diseño mecánico o electrónico 
• Totalizador: Display numérico donde se visualiza el valor de volumen contabilizado por el 
metro en un periodo de tiempo. Este indicador puede ser reseteable o histórico dependiendo 
del modelo específico. Puede ser de diseño mecánico o electrónico 
• Transmisor de impulsos: Este accesorio podría ser un amplificador que eleva el nivel de la 
señal entregada por el pick-up, para ser transmitida a una distancia considerable o podría 
incluso convertir esta señal sinusoidal en pulsos TTL para su procesamiento por dispositivos 
compatibles. Otros tipos de señal pueden ser logrados con el uso de un transmisor de 
impulsos. Entre ellos la conversión de la señal a la normalizada de 4 a 20 mA. Estos 
14 
transmisores suelen requerir alimentación externa, aunque existen variantes auto-powered 
(con alimentación incluida). 
1.1.5.3 Medidores electromagnéticos de caudal. 
Este tipo de medidor de caudal no presenta obstrucción al paso del líquido. Por esta razón son los 
instrumentos ideales para medir caudal en líquidos viscosos o con sólidos en suspensión. La 
única condición es que el líquido tenga una conductividad eléctrica por encima de cierto mínimo. 
El principio de estos medidores se basa en la ley de inducción electromagnética de Faraday: 
 
dvBU x ⋅⋅= 
 
Donde: Ux es el voltaje que aparece perpendicular al campo magnético y al sentido de flujo del 
líquido. Este voltaje se toma con dos electrodos puntuales fijos al tubo de medida, B es la 
inducción magnética causada por el fluido que circula perpendicular a su sentido de flujo, v es la 
velocidad del líquido, y d es el diámetro interior del tubo de medida (ver Figura 1.14). 
 
Figura 1.14 Principio de funcionamiento de un medidor de caudal electromagnético. 
 
El conductor en movimiento es el propio líquido, que circula dentro de un tubo de medida aislado 
interiormente y no magnético. El líquido atraviesa un campo magnético creado por dos bobinas 
colocadas fuera del tubo de medida e induce un voltaje, proporcional a la velocidad del fluido y 
que es detectado por dos electrodos colocado en las caras de la tubería. 
Características particulares de estos instrumentos: 
• Paso recto por el tubo de medida sin reducción de sección. 
• Ausencia de efectos por temperatura, viscosidad y densidad. 
• A partir de un valor mínimo, la conductividad del fluido no tiene ningún efecto sobre la 
medida. 
• Pueden utilizarse en secciones de tubería hasta 2000 mm. 
• Diferentes revestimientos para el interior del tubo disponibles para varias aplicaciones. 
• Supervisión electrónica de los electrodos. 
• Conector inteligente integrado para memorizar los valores de calibración y el dato del tubo de 
medida de caudal. 
15 
 
Figura 1.15 Vista exterior de un medidor de caudal electromagnético SITRANS F M. 
 
1.1.5.4 Medidor ultrasónico de caudal. 
Los medidores ultrasónicos miden el caudal por diferencia de velocidades del sonido al 
propagarse este en sentido del flujo del fluido y en el sentido contrario. La velocidad de 
propagación de estas ondas depende de la velocidad co del sonido en ese fluido y de la velocidad 
del fluido VM. Este efecto se utiliza en el modelo comercial SITRANS F US. 
 
MoBA
MoAB
VcV
VcV
−=
+=
 
Este emplea dos transductores de ultrasonido que emiten alternativamente señales ultrasónicas. 
Se miden los tiempos de propagación tAB en sentido del flujo y tBA en sentido contrario al flujo 
respectivamente para los transductores A y B. 
 
( )
( )MoBA
MoAB
VcLt
VcLt
−=
+=
/
/
 
 
 
16 
 
Figura 1. 16 Principio de funcionamiento del medidor de caudal ultrasónico. 
 
Para una corriente dada, el tiempo de propagación del sonido en el sentido del flujo es menor que 
en el sentido inverso, la diferencia de propagación así determinada es proporcional a la velocidad 
VM. 
 
( ) BAABABBAM ttttLV ⋅⋅−⋅= 2/ 
 
El resultado es independiente de la velocidad del sonido en el fluido y por tanto, independiente de 
la naturaleza del fluido medido. 
 
Figura 1.17 Vista del medidor de caudal ultrasónico SITRANS F US. 
 
Otros tipos de medidores ultrasónicos de caudal se basan en el efecto Doppler. En este caso 
proyectan ondas sónicas a lo largo del flujo de fluido y se mide el corriemiento de frecuencia que 
experimenta la señal de retorno al reflejarse el sonido en partículas contenidas en el fluido. Este 
método está limitado por la necesidad de presencia de partículas, pero permite medir caudales de 
fluidos difíciles como mezclas de gas-líquido, fangos, etc. 
17 
En estos instrumentos el transmisor y el receptor tienen un impacto mínimo sobre el flujo de 
fluido y por lo tanto no provocan caídas de presión. Poseen una alta precisión y un rango de 
caudal muy amplio. 
1.1.6 Sensores de nivel 
Los sensores de nivel de líquido, que miden la altura de un líquido en un recipiente, se pueden 
clasificar en dos categorías: discretos y continuos. Los sensores de nivel discretos solo pueden 
detectar si el líquido está a un determinado nivel, mientras que los continuos dan una señal 
analógica que es proporcional al nivel. 
1.1.6.1 Sensores de nivel discretos. 
Estos sensores determinan cuando un líquido alcanza cierto nivel. El tipo más sencillo utiliza un 
flotante y un interruptor límite. Una variante de este tipo de sensor es aquel en el cual el flotante 
está unido a una varilla vertical. Cuando el líquido alcanza cierto nivel se acciona el interruptor 
límite. El nivel de activación puede ser ajustado mediante la posición del interruptor. 
Otra variante se basa en el empleo de fotoceldas ubicadas en las paredes del tanque. Cuando la 
trayectoria de la luz queda sumergida en el líquido, la señal del fotodetector cambia, por tanto 
indica la presencia de líquido. También, en líquidos ligeramente conductores es posible aplicar 
otros medios de detección empleando electrodos para señalizar el nivel mediante la conducción 
de una corriente eléctrica entre el electrodo y el cuerpo del tanque cuando el líquido baña el 
electrodo y cierra el circuito. 
1.1.6.2 Sensores de nivel continuos. 
En los detectores de nivel continuos la señal es proporcional a la altura del líquido. Esto se logra 
de diferentes maneras: 
1-Con un flotante que actúa sobre un sensor de posición el cual da una señal eléctrica 
proporcional a la altura del líquido. 
2-Monitoreando el peso del líquido mediante celdas de carga. En este caso el nivel se calcula 
conociendo el diámetro del tanque, su peso cuando está vacío y la densidad del líquido. 
3-Algunos dispositivos están diseñados para detectar el nivel del líquido directamente y están 
formados por dos electrodos verticales montadosdentro del tanque. La salida del dispositivo es o 
bien un valor de resistencia o capacidad proporcional al nivel y debe ser amplificada o procesada 
de otra manera. 
4-Otros métodos para medir el nivel directamente utilizan detectores de rango ultrasónicos 
montados sobre el tanque y están disponibles en el mercado como unidades completas. 
5-Uno de los métodos más comunes en la industria es el empleo de métodos hidrostáticos 
midiendo la presión en el fondo del tanque, la cual es proporcional a la presión ejercida por la 
columna de líquido. Esto puede implementarse con sensores de presión diferencial como los 
descritos anteriormente (ver Figura 1.18). 
18 
 
Figura 1.18 Medidor de nivel mediante captador de presión diferencial en tanque cerrado. 
1.1.7 Desplazamiento angular 
La medida del desplazamiento tiene a menudo una importancia fundamental. En el caso de los 
sensores de desplazamiento angular, como su nombre lo indica, reportan la posición angular de 
un objeto con respecto a una referencia. 
1.1.7.1 Potenciómetros. 
Los potenciómetros miden la posición de un eje utilizando un resistor variable. El potenciómetro 
no es más que un resistor construido normalmente con una delgada lámina de material resistivo. 
Una escobilla se mueve a lo largo de la superficie de la lámina resistiva. Como la escobilla se 
mueve hacia el final provocará un cambio en la resistencia proporcional a la distancia que se ha 
movido. Si se aplica un voltaje a través del resistor, el voltaje en la escobilla interpola los voltajes 
de los extremos del resistor. Si el potenciómetro se usa como un divisor resistivo, el voltaje de la 
escobilla es proporcional al ángulo de rotación (ver Figura 1.19). 
( ) 1
max
12 VVVV
w
out +⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
−=
θ
θ
 
19 
 
Figura 1.19 Potenciómetro. 
 
Los potenciómetros no son costosos ni requieren acondicionadores de señal especiales, pero su 
precisión es limitada, normalmente en el rango del 1% y además están sujetos a desgaste 
mecánico. Ellos miden posición absoluta y su rango de rotación está normalmente limitado a 
menos de 360 grados. 
1.1.7.2 Encoders 
Un encoder produce un dato de posición angular directamente en forma digital, eliminando la 
necesidad de utilizar convertidores A/D. El concepto se ilustra en la Figura 1.20 donde se muestra 
un disco rotatorio con ventanas ópticas. La luz de los emisores pasa a través de las aperturas del 
disco hasta los detectores. Debido a que el eje del encoder rota, el haz de luz se interrumpe 
produciendo pulsos. 
 
Figura 1.20 Disco encoder del tipo relativo o en cuadratura. 
 
Existen dos tipos fundamentales de encoders: absolutos e incrementales. 
 
20 
Encoders absolutos- Un encoger absoluto genera una única palabra para cada posición del eje. 
Generalmente el disco posee 4 o 6 canales, codificados comúnmente en código binario. Para 
aumentar la precisión de un encoger absoluto, es necesario adicionar más canales al disco y más 
emisores y detectores de luz. Los encoders absolutos son mayormente utilizados en aplicaciones 
donde los dispositivos permanecen inactivos por largos periodos de tiempo, existe riesgo de 
desenergizarse o la posición de arranque es desconocida. 
 
Figura 1.21 Disco encoger absoluto y señal de salida usando código binario (las zonas oscuras 
equivalen a 1). 
Encoders incrementales- En el caso del encoder incremental (o relativo), se producen dos pulsos 
que pueden ser empleados para determinar desplazamiento. Para aumentar su precisión solo es 
necesario aumentar ventanas a los dos canales existentes. Se utilizan software o circuitos lógicos 
para determinar la dirección de rotación y contadores de pulsos para determinar el 
desplazamiento. La velocidad puede ser determinada midiendo el tiempo entre pulsos. Aunque 
este no da una posición absoluta de salida, provee mayor resolución a menor costo. 
 
Figura 1.22 Señal de salida de un encoder incremental. 
21 
1.1.8 Sensores de velocidad angular 
Estos son dispositivos que dan una señal proporcional a la velocidad angular. Este tipo de 
sensores encuentra gran aplicación en los sistemas de control de velocidad de motores y otras 
aplicaciones. 
1.1.8.1 Velocidad angular a partir de encoders. 
Una señal de salida de un encoder incremental puede utilizarse para medir velocidad angular ya 
que la frecuencia de los pulsos generados es proporcional a la velocidad de desplazamiento. 
Mientras más lenta es la velocidad, más demora cada ranura en pasar. Existen configuraciones de 
circuitos usados para medir velocidad contando los pulsos de reloj durante un periodo de la señal 
del encoder. El conteo final será proporcional al tiempo que demora la ranura en pasar y por lo 
tanto a la velocidad. 
1.1.8.2 Tacómetros 
Existen varias técnicas para medir velocidad de rotación en un eje en revoluciones por minuto 
(r.p.m.). Una técnica común consiste en un dispositivo sencillo (Figura 1. 23) y consta de un 
fotosensor que se coloca de manera que reciba un pulso de luz cada vez que un tape reflectante 
colocado en el eje pase, la frecuencia de las pulsaciones son proporcionales a las r.p.m. y pueden 
ser medidas utilizando un contador de manera similar a como se emplea con un encoder. 
 
Figura 1.23 Principio de funcionamiento de un tacómetro óptico 
 
Otra técnica común es emplear una bobina estacionaria enrollada sobre un núcleo con un imán 
permanente (bobina de pick-up) colocada cerca de algún sector dentado rotatorio (puede ser un 
piñón de un reductor). Cada vez que un diente pasa cerca del imán, se induce un pequeño voltaje 
en la bobina de alambre. Estos pulsos son tratados por un circuito detector para dar una señal de 
velocidad. Este tipo de sensor se conoce como reluctancia variable. Otro tipo de tacómetro 
consiste simplemente en un pequeño generador dc acoplado al eje rotatorio cuya velocidad se 
quiere conocer. En este caso, la salida es un voltaje inducido proporcional a la velocidad. 
1.1.9 Posición lineal 
La necesidad de conocer la posición de elementos que se desplacen linealmente se satisface a 
partir del empleo de los sensores de posición, algunos de los cuales se describen a continuación. 
22 
1.1.9.1 Potenciómetro lineal. 
Los potenciómetros también existen en variantes constructivas con deslizadores lineales. Estos 
son capaces de medir desplazamientos lineales de gran longitud utilizando como salida la señal 
de voltaje al emplear el potenciómetro como un divisor de voltaje. 
( ) ⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛−+=
L
aVVVVout 121 
 
Figura 1. 24 Potenciómetro lineal. 
1.1.9.2 Transformador diferencial variable lineal (LVDT). 
Este sensor de posición es de alta resolución y da a su salida una señal de voltaje AC con una 
magnitud proporcional a la posición lineal. Tiene un rango relativamente pequeño de 50 mm 
aproximadamente, pero tiene la ventaja de no poseer contactos deslizantes. En la Figura 1.25 se 
observa que este consta de tres devanados y un núcleo ferromagnético móvil. El devanado 
central, o primario, está conectado a un voltaje de referencia AC. Los otros dos devanados, 
llamados secundarios, se encuentran conectados en serie con polaridades contrarias. Cuando el 
núcleo se encuentra exactamente en su posición central, los voltajes inducidos en los secundarios 
son iguales y opuestos dando una salida neta de cero volts. Si el núcleo se desplaza hacia abajo, 
el acoplamiento es mayor con el secundario 1 y su voltaje es mayor que en el secundario 2. La 
suma algebraica de los voltajes de dos secundarios dará un voltaje resultante que estará en fase 
con el secundario 1 y con una magnitud proporcional a la distancia recorrida por el núcleo desde 
su centro. Si por el contrario, el desplazamiento hubiera sido hacia arriba, entonces el voltaje neto 
estaría en fase con el devanado secundario 2 y la magnitud sería proporcional a la distancia 
recorrida en esa dirección. Resumiendo, la salida de un LVTD es un voltaje AC con magnitud y 
fase. La magnitud representa la distancia que se desplaza el núcleodesde el centro y la fase 
representa la dirección del desplazamiento. 
23 
 
Figura 1.25 esquema de funcionamiento de un LVTD. 
 
En la Figura 1.26 se muestra un acondicionador de señal sencilla para utilizarlo con un LVTD. 
Los diodos rectifican la señal AC en una señal DC de media onda. Los capacitares y resistencias 
de la salida actúan como filtros pasa bajo y el capacitor C3 tiene un valor alto para eliminar el 
rizado de la señal de salida. 
 
Figura 1.26 Circuito de salida de un LVDT. 
 
Los LVTD se emplean ampliamente para medir dimensiones de piezas para control de calidad y 
en instrumentos de medición de presión accionados por tubos Borudon y fuelles o diafragmas. 
Tienen como desventaja que son mas costosos que los potenciometros. 
1.1.10 Sensores de carga 
Estos sensores se emplean en la medición de fuerzas mecánicas en aplicaciones tales como 
determinar pesos o ajustar magnitudes de fuerzas actuantes. Se recurre a elementos capaces de 
transformar las fuerzas en magnitudes más fáciles de medir y transmitir a distancia. En muchos 
casos el sensor lo que mide la variación de algún parámetro relacionado con la ligera 
deformación causada por la fuerza mecánica y no ésta directamente. 
24 
1.1.10.1 Galgas de esfuerzo (Strain Gauge). 
Este elemento se basa en que la resistencia eléctrica de un hilo conductor varía con la 
deformación mecánica (al alargarse o contraerse). Se construye de alambre fino de 0.01 a 0.05 
mm de diámetro que se coloca usualmente en zigzag sobre un papel especial (Figura 1.27). Para 
medir la fuerza mecánica se coloca este elemento sobre la estructura objeto y se pega al mismo 
sobre una superficie previamente pulida y limpia con adhesivos especiales a base de acetato. La 
galga debe ser orientada para que el alambre esté alineado en el sentido de la deformación 
esperada. 
 
Figura 1.27 Galga de esfuerzo 
 
El principio de operación es el siguiente: si un objeto está bajo una tensión mecánica, la galga se 
deforma y el alambre se estirará. El alambre no solo se hace ligeramente más largo, sino también 
más fino y por lo tanto, aumenta su resistencia total. 
A
LR ⋅= ρ 
 
Donde: R es la resistencia de una longitud de alambre a 20ºC, ρ es la resistividad del material, L 
la longitud y A la sección transversal del alambre. 
Los cambios en la resistencia se emplean para calcular la elongación de la galga y por lo tanto del 
objeto al cual está cementada. Si se conoce el módulo de elasticidad del material, entonces 
aplicando la ley de Hooke puede calcularse la fuerza que ha sido aplicada. 
Los cambios en la resistencia de un strain guage son muy pequeños por lo que se requiere un 
circuito puente para su medición (Figura 1.28). Con este circuito, un pequeño cambio en una 
resistencia puede provocar un gran cambio relativo en el voltaje a través del puente. Inicialmente 
el puente se balancea y V1=V2. Entonces, cuando la resistencia de la celda cambia, la diferencia 
de voltajes (V1-V2) cambia. El puente puede estar compensado para evitar errores por variaciones 
de temperatura conectando una galga compensadora en una de las ramas del puente. Como se 
muestra en la figura, la galga compensadora es colocada cerca de la galga activa de manera que 
reciba la misma temperatura, pero orientada perpendicularmente de manera que la fuerza no 
provoque su elongación. 
25 
 
 
Figura 1.28 Colocación de las galgas y circuito para interfaz usando un puente. 
1.1.10.2 Sensores de carga a semiconductores. 
Otra variante de sensores de fuerza son los que utilizan el efecto piezoresistivo del silicio. Este 
tipo de sensores cambia su resistencia cuando se le aplica una fuerza y son 25 a 100 veces más 
sensibles que las de tipo strain gauge. Una celda de carga semiconductora es una lámina de silicio 
que se adhiere a una estructura. Cuando la estructura se estira, el silicio se alarga también y la 
resistencia entre sus extremos aumenta. La dificultad que presenta este tipo de sensores es que el 
cambio en su resistencia es no lineal. 
En la Figura 1.29 se muestran breves especificaciones técnicas de dos celdas de carga 
comerciales para aplicaciones industriales como grúas y otros usos, de la firma Noruega 
ScanSense, con diseños basados en la instrumentación electrónica digital moderna, con 
comunicación serie (RS-232 o RS- 485) y opción de comunicación telemétrica a 433.92 MHz. 
 
Figura 1.29 Características técnicas de celdas de carga comerciales. 
26 
1.1.11 Sensores de proximidad. 
Un sensor de proximidad simplemente le dice al controlador si una parte móvil está en cierto 
lugar. Entre las variantes de sensores de proximidad disponibles podemos encontrar los que se 
basan en principios ópticos y los que se basan en principios magnéticos. 
1.1.11.1 Sensores ópticos. 
Los sensores de proximidad ópticos emplean una fuente de luz y un fotosensor dispuestos de tal 
manera que el objeto a ser detectado corte la trayectoria del haz luminoso. Comúnmente los 
sensores ópticos utilizan un reflector de manera que el detector y la fuente de luz puedan estar 
dispuestas en el mismo encapsulado. También la fuente de luz puede ser modulada para darle al 
haz características únicas y que el detector distinga entre el haz y otro tipo de luz que pueda 
incidir sobre el desde el ambiente. 
Generalmente se emplean cuatro tipos de fotodetectores: fotoresistencias, fotodiodos, 
fototransistores y celdas fotovoltaicas. 
Fotoresistencia- También recibe el nombre de resistencia dependiente de la luz (LDR).Es un 
dispositivo que modifica su resistencia eléctrica al ser expuesto a la energía luminosa. Su 
resistencia disminuye sensiblemente al ser expuesto a la luz mientras que cuando permanece en la 
oscuridad total presenta una resistencia muy elevada. Así, por ejemplo, cuando el nivel de 
iluminación es de 1000 lux, la resistencia puede ser de 130 ohmios, pero cuando el nivel de 
iluminación disminuye hasta 50 lux, su resistencia puede ser de 2.4 kΩ. Están compuestos, 
generalmente, por una base de sulfuro de cadmio debidamente encapsulado y con una cubierta de 
resina transparente y aislante, de tal forma que cuando los fotones inciden sobre la superficie de 
dicho material, imprimen a los electrones suficiente energía como para elevar su conductividad. 
Su construcción básica consta de un cuerpo de forma circular y de dos hilos metálicos que sirven 
de elementos de unión al circuito. Las fotorresistencias se utilizan como detectores de 
luminosidad, por ejemplo en el sistema de alumbrado público. En función de la cantidad de luz 
que incide sobre estos sensores se puede o no activar un relé, con lo que se regula el encendido. 
 
Figura 1.30 Configuración del circuito y comportamiento de salida de un sensor LDR. 
 
Fotodiodo- Es un diodo semiconductor pn diseñado de manera que la luz que incide sobre él 
genera una corriente eléctrica en el circuito externo. Normalmente es un diodo encapsulado de tal 
forma que la unión pn queda expuesta a través de una ventana a la incidencia de la radiación 
luminosa incrementando los portadores de carga y la corriente de fuga cuando aumenta la energía 
luminosa que incide sobre él. Se conecta polarizado inversamente de manera que la corriente de 
fuga tiene que ser amplificado por un amplificador operacional. El fotodiodo es un detector 
27 
optoelectrónico, o fotodetector, que permite conmutar y regular la corriente eléctrica en un 
circuito externo en respuesta a una intensidad luminosa variable. Se utilizan, por ejemplo, para 
leer la información de los discos compactos con la ayuda de un rayo láser. 
 
Figura 1.31 Fotodiodo. 
 
Fototransistor- El fototransistor es un dispositivo fotoemisor más sensible que el fotodiodo y, por 
tanto, posee una mayor corriente de salida para una misma radiación luminosa incidente. 
Generalmente no tienen la patilla de base ya que los fotones que inciden sobre la base del mismo 
son los que crean la corriente de base generando pares electrón-hueco en la unión colector-base. 
Puedeemplearse como un interruptor gobernado por luz si la iluminación toma solo dos valores, 
uno correspondiente a la oscuridad y otro con iluminación suficiente como para saturar el 
transistor. 
 
Figura 1.32 Esquema de un fototransistor 
 
Celda fotovoltaica- Puede ser empleada como un sensor debido a que genera un voltaje cuando 
sobre ella incide la luz. El pequeño voltaje de salida tiene que ser amplificado para ser utilizado. 
 
Figura 1.33 Celda fotovoltaica. 
28 
1.1.12 Sensores Inteligentes 
Un sensor inteligente es el que combina la función de detección y alguna de las funciones de 
procesamiento de señal y comunicación. Estas funciones suelen realizarse por un 
microprocesador, por ello a cualquier combinación de sensor con Microprocesador se le 
denomina sensor inteligente. 
Un sensor inteligente posee una amplia gama de funciones además de las de transducción, entre 
ellas podemos señalar: 
• Acondicionamiento de señal 
• Correcciones de cero, ganancia y linealidad 
• Compensación ambiental (temperatura humedad) 
• Escalado 
• Conversión de unidades 
• Comunicación digital 
• Autodiagnóstico 
• Detección y acción sobre el sistema al que se conecta. 
 
Figura 1.34: Funciones de Sensores inteligentes 
1.1.13 Criterios de selección de un sensor. 
Para la selección adecuada de un sensor debe considerarse: 
 La magnitud que se mide. Es importante tener en cuenta el tipo y rango de la magnitud a 
medir. 
 El principio básico de transducción más adecuado para la medida. Hay que garantizar que 
exista compatibilidad entre las características de entrada salida del sensor y del resto del sistema. 
 La exactitud requerida. Hay que considerar características de comportamiento que afectan 
la exactitud que se desea tales como no linealidad, histéresis, comportamiento en frecuencia, 
efectos de la temperatura, aceleraciones, golpes y vibraciones. 
 Otras consideraciones a tener en cuenta pueden estar relacionadas con la disponibilidad, 
factores de costo, condiciones ambientales a las que se someterá, etc. 
29 
1.2 Acondicionamiento de señales. 
La señal obtenida de un sensor raramente está en condiciones de ser monitoreada o registrada y 
necesita ser incrementada en magnitud o modificada de alguna manera antes de ser mostrada. 
Este proceso de preparación de la señal es llevada a cabo por los acondicionadores de señal cuya 
misión es adecuar la salida del elemento sensor para que pueda ser interpretada y procesada como 
señal electrónica por el resto de los instrumentos. 
El acondicionamiento de señales convierte su dispositivo de adquisición de datos en un sistema 
completo y le ayuda a conectarse directamente a un amplio rango de tipos de sensores y señales, 
desde termopares hasta señales de alto voltaje. Las tecnologías clave para acondicionamiento de 
señales mejoran de forma general multiplican por 10 el rendimiento y la precisión del sistema de 
adquisición de datos. 
 
Amplificación 
Los amplificadores aumentan el nivel de la señal de entrada para igualar el rango del convertidor 
analógico a digital (ADC), y de esta manera aumentar la resolución y sensibilidad de las medidas. 
Además el usar acondicionamiento de señales externo ubicado cerca del la fuente de señal o 
transductor, mejora el ratio de señal-a-ruido elevando el nivel de señal antes de se vea afectada 
por el ruido ambiental. 
 
Atenuación 
Atenuación, el opuesto de amplificación, es necesario cuando los voltajes que serán digitalizados 
están fuera del rango de entrada del digitalizador. Esta forma de acondicionamiento de señales 
disminuye la amplitud de la señal de entrada de tal manera que la señal condicionada está dentro 
del rango ADC. La atenuación es necesaria para medir altos voltajes. 
 
Aislamiento 
Los dispositivos de acondicionamiento de señales aislados pasan la señal de su fuente al 
dispositivo de medida sin una conexión física usando técnicas de transformador, ópticas o de 
acoplamiento capacitivo. Además de romper los lazos de tierra, el aislamiento bloquea picos de 
alto voltaje y rechaza alto voltaje en modo común y así protege a los operadores y el valioso 
equipo de medida. 
 
Multiplexado 
Con el multiplexado un sistema de medida puede enrutar en secuencia múltiples señales a un solo 
digitalizador además de brindar una manera rentable de incrementar la cuenta de canales del 
sistema. Normalmente se necesita multiplexado para todas las aplicaciones de muchos canales. 
 
Filtrado 
El filtrado rechaza ruido no deseado dentro de un cierto rango de frecuencia. Casi todas las 
aplicaciones de adquisición de datos están sujetas a ciertos niveles de ruido de 50 ó 60 Hz 
producidos por líneas de potencia o maquinaria. La mayoría de los acondicionadores de señales 
incluyen filtros de paso bajo específicamente diseñados para brindar máximo rechazo de ruido de 
50 a 60 Hz. 
 
Excitación 
30 
Algunos transductores requieren de excitación. Por ejemplo, galgas extensiométricas, termistores 
y RTDs requieren señales externas de excitación de voltaje o corriente. Las medidas de RTDs y 
termistores generalmente se toman con una fuente de corriente que convierte la variación en 
resistencia a un voltaje que puede ser medido. Las galgas extensiométricas, que son dispositivos 
de muy baja resistencia, generalmente son usadas en la configuración de puente Wheatstone con 
una fuente de excitación de voltaje. 
 
Compensación de unión fría 
La compensación de unión fría es una tecnología que se requiere para medidas exactas de 
termopares. Cada vez que un termopar es conectado a un sistema de adquisición de datos, usted 
debe saber la temperatura que hay en el punto de conexión (ya que esta unión representa otro 
"termopar" al medir y generamente inyecta un desfase a su medida) para calcular la temperatura 
real que su termopar está midiendo. 
 
Figura 1.34 Tecnologías de acondicionamiento de señales. 
1.3 Actuadores. 
Como se mencionó al inicio, los actuadores son los que proveen la potencia mecánica en un 
sistema de control. Normalmente convierten energía eléctrica en movimiento mecánico. 
1.3.1 Clasificación 
Los actuadores pueden ser discretos o continuos en dependencia de que la acción requerida sea 
la de obtener una posición determinada o permitir ajustar la misma en un amplio rango de 
valores. Los segundos tienden a ser dispositivos complejos mecánicamente y son más costosos 
por lo que es preferible utilizar actuadores discretos para reducir costo y complejidad. 
Según el tipo de movimiento mecánico que provocan se clasifican en actuadores lineales y 
actuadores rotatorios. 
Desde el punto de vista de la energía que convierten en movimiento mecánico se pueden 
clasificar en eléctricos, hidráulicos y neumáticos. Cada uno de estas variantes tiene sus ventajas y 
desventajas que deben ser observadas cuando se diseña un sistema de control. 
Aunque existen varios tipos de actuadores disponibles, los más comunes son los solenoides, los 
cilindros (neumáticos o hidráulicos) y los motores eléctricos. 
31 
1.3.2 Solenoides 
Los solenoides son los actuadores más comunes y son sencillos dispositivos electromagnéticos 
cuyo principio de operación se basa en el movimiento de un núcleo ferromagnético dentro de un 
enrollado como se muestra en la Figura 1.35. Normalmente el núcleo es mantenido fuera de la 
bobina por un muelle. Cuando la bobina es energizada se crea un campo magnético y el núcleo es 
atraído hacia el centro de la misma. De esta manera se obtiene un movimiento lineal. Las 
electroválvulas son una aplicación bien conocida de este tipo de actuador. 
 
Figura 1.35 Solenoide. 
 
Los solenoides pueden ser de corriente alterna o directa con diferentes voltajes nominales. 
También se construyen de régimen continuo cuando se diseñan capaces de trabajar todo el tiempo 
sin que el calentamiento los dañe o de régimen intermitente cuando son para trabajar durante un 
corto período de tiempo y el tiempo que permanecen desenergizados es suficiente para que se 
enfríen. La mayoría de lossolenoides se construyen para ser alimentados con 24 V dc y 
consumen unos pocos cientos de mA. 
1.3.3 Cilindros hidráulicos y neumáticos. 
Los cilindros utilizan fluidos presurizados o aire para crear una fuerza lineal o movimiento (ver 
Figura 1.36). El fluido es bombeado a presión a un lado del cilindro y este se expande y adelanta 
al pistón. Debe permitirse que el fluido contenido en el otro lado del cilindro escape libremente, 
de lo contrario se comprimiría evitando el avance del pistón. La fuerza que el cilindro ejerce es 
proporcional al área de su sección transversal. Los cilindros pueden ser de simple acción con 
retorno del pistón mediante la acción de un muelle o de doble acción como el mostrado en la 
Figura 1.36. 
32 
 
Figura 1.36 Cilindros de doble acción. 
 
Aunque solo se han mencionado como funcionan básicamente los actuadores hidráulicos o 
neumáticos, estos en realidad son parte de sistemas completos destinados a suministrar fuerza o 
movimiento a los elementos de control final. 
Sistema hidráulico: En la Figura 1.37 se muestra un diagrama de un sistema hidráulico completo 
empleando los símbolos normalizados. Este sistema incluye el tanque, filtro, bomba, acumulador 
válvula de control de presión, válvula de control direccional y cilindro. La bomba debe 
mantenerse trabajando mientras el sistema esté operando, mientras el cilindro no se encuentre 
trabajando, el fluido bombeado, después de llenar el acumulador, retorna al tanque a través de la 
válvula de control de presión. El empleo del filtro es de suma importancia para eliminar del 
sistema los pequeños contaminantes que pueda contener el fluido evitándose la abrasión en 
diversos componentes del sistema y la reducción de su vida útil. 
 
Figura 1.37 Sistema hidráulico. 
 
Sistema neumático: Los sistemas básicos incluyen un filtro para atrapar las suciedades y el polvo 
antes de que penetren al sistema, un compresor que es la fuente aire comprimido, un secador para 
33 
eliminar la humedad del aire, un regulador de presión, una válvula de control de flujo y el 
cilindro neumático encargado de dar el movimiento mecánico. 
 
Figura 1.38 Sistema neumático. 
1.3.4 Motores eléctricos. 
Los motores son actuadores muy comunes. En su versión más difundida, se componen de una 
parte central rotatoria llamada rotor y de otra parte estacionaria llamada estator. Existe una gran 
variedad de configuración de motores eléctricos adecuados para diferentes aplicaciones. Dentro 
de los motores utilizados como actuadores podemos mencionar las categorías siguientes: 
-Motores de corriente alterna (giran con velocidad relativamente constante proporcional a la 
frecuencia de la fuente de suministro), dentro de estos tenemos: 
• Motores de inducción, pueden ser del tipo jaula de ardilla o rotor bobinado. Son convertidores 
electromecánicos robustos, baratos y eficientes. Su velocidad de rotación es dependiente de la 
carga y se construyen monofásicos o trifásicos. 
• Motores sincrónicos, giran a velocidad fija igual a la velocidad de rotación del campo 
magnético giratorio llamada velocidad sincrónica. Son muy eficientes. 
-Motores de corriente directa, poseen amplios rangos de velocidad y par. Por sus características 
constructivas pueden ser: 
• Motores de imán permanente 
• Motores con el rotor y el estator bobinados (motores serie, shunt y compound) 
-Motores de paso 
1.3.4.1 Motores de corriente alterna. 
En estos motores la corriente AC circulando por los devanados dispuestos en el estator crea un 
campo magnético giratorio. El número de polos es un múltiplo entero del número de fases y a 
medida que aumentan los polos la velocidad del motor disminuye. El campo magnético giratorio 
del estator, corta los conductores dispuestos en el rotor e induce en estos una corriente. La 
corriente inducida en el devanado del rotor interactúa con el campo magnético para crear un par 
que hace que este gire. Un esquema simplificado de este tipo de máquinas se muestra en la Figura 
1.39 junto a su característica de par vs velocidad. En dependencia del tipo de rotor, estos motores 
pueden ser de jaula de ardilla (conductores de aluminio fundidos en el rotor y cortocircuitados 
por anillos en sus extremos formando una estructura similar a una jaula) o de rotor bobinado 
(devanado del rotor formado por bobinas de alambre de cobre dispuestos en ranuras de manera 
similar a como se dispone el devanado del estator). 
34 
 
Figura 1.39 Diagrama esquemático de un motor AC trifásico de seis polos y su característica de 
operación. 
 
Los motores de inducción giran a una velocidad ligeramente inferior a la velocidad de rotación 
del campo magnético y esta diferencia de velocidad es conocida como deslizamiento. El 
deslizamiento está dado por: 
%100⋅−=
s
rs
w
wws 
Donde: 
P
fws
120
= es la velocidad del campo rotatorio, en rpm; f es la frecuencia de la red, en 
Hz; P es el número de polos de la máquina y wr es la velocidad real del rotor, en rpm. 
A medida que aumenta la carga el deslizamiento aumenta. Es posible controlar la velocidad del 
motor por medio de la frecuencia del voltaje de alimentación, para ello actualmente se emplean 
35 
variadores de velocidad que utilizan la electrónica de potencia y que se encuentran disponibles en 
una amplia gama de potencias. 
Se emplean también como actuadores motores monofásicos en aplicaciones de baja potencia (por 
debajo de 1 HP). Estos pueden ser de diferentes tipos en dependencia de los modos de arranque y 
trabajo: 
• Standard 
• De capacitor permanente 
• De arrnaque por capacitor 
• De polo sombreado 
• Serie universal. 
Los motores sincrónicos se diferencian de los motores de inducción en que están diseñados para 
trabajar a velocidad constante igual a la sincrónica, en otras palabras no tienen deslizamientro. 
1.3.4.2 Motores de corriente directa. 
Los motores de corriente directa tienen una amplia regulación de velociodad y además tienen la 
ventaja de que pueden ser diseñados para trabajar con bajo voltaje (12 V dc por ejemplo) esto 
facilita la interfaz con la electrónica y otros circuitos de control. 
Se clasifican en motores shunt, serie y compound en dependencia del tipo de excitación. 
Motor shunt: Tiene las bobinas del rotor y del estator conectadas en paralelo, estos motores 
tienen una variación relativamente pequeña de la velocidad y esta puede ser controlada variando 
el voltaje de alimentación o introduciendo un reóstato en serie con el devanado del estator. 
 
Figura 1.40 Circuito y característica par-velocidad de un motor shunt. 
 
Motor serie: tiene las bobinas del rotor y del estator conectadas en serie, cuando la carga 
disminuye, la velocidad se incrementa pudiendo alcanzar velocidades peligrosas si el motor se 
encuentra en vacío por lo que no se recomienda en aplicaciones donde se encuentre con muy baja 
carga. Posee mayor par de arranque que el motor shunt. 
36 
 
Figura 1.41 Circuito y característica par-velocidad de un motor serie. 
 
Motor compound: Es un motor shunt con un devanado serie adicional. Este devanado serie se 
puede conectar de manera que su efecto se sume al del campo shunt en cuyo caso el motor se 
llama compound acumulativo. Si el devanado serie se opone a los efectos de shunt, se denomina 
compound diferencial. Sus características son una combinación de las características del shunt y 
el serie. El motor compound diferencial tienen menos aplicación industrial ya que su velocidad es 
muy inestable. 
 
Figura 1.42 Características par-velocidad de los motores compound. 
 
1.3.4.3 Motores de paso 
Los motores de paso son diseñados para posicionadores. Ellos se mueven un paso a la vez con un 
tamaño de paso típico de 1.8º dando 200 pasos en cada revolución. Otros motores son diseñados 
para tamaños de paso de 1.8, 2.0, 2.5, 5, 15 y 30º. 
37 
Existen dos tipos básicos, los motores unipolares, que emplean devanados con derivación central 
y una sola fuente de suministro y los motores bipolares que requieren una alimentaciónpositiva y 
negativa y un circuito de conmutación más complejo. 
 
Figura 1.43 Devanados de los motores de paso unipolar y bipolar. 
 
Estos motores trabajan aplicando voltaje diferentes a los terminales del motor. Un patrón de 
alimentación para un motor unipolar puede verse en la Figura 1.44. Por ejemplo, el primer paso 
se puede lograr si aplicamos voltaje como se muestra en la primera fila. Para rotar el motor 
después se conectarían los voltajes según la fila 2, luego la 3, luego la 4 y de nuevo la 1,etc. Si se 
emplea una secuencia contraria a esta, se logra que el motor gire en sentido contrario. La 
dinámica del motor y la carga limitan la velocidad máxima de alternación, que normalmente es 
de unos cuantos miles de pasos por segundo. Cuando no se cambian los voltajes de salida el 
motor mantiene la posición. 
 
Figura 1.44 Secuencia de control de un motor de paso unipolar. 
 
Los motores de pasos no requieren retroalimentación, excepto cuando son usados en aplicaciones 
de alta fiabilidad y cuándo las condiciones dinámicas provocan que se deslize moviendose un 
número de grados de la posición real. Ese deslizamiento no puede ser detectado sin 
retroalimentación de la posición. 
Una desventaja de estos motores es que son relativamente débiles comparados con otros tipos de 
motores. 
 
 
 
39 
2 CAPÍTULO 2: SISTEMAS DE CONTROL. 
Un pilar básico para llevar a cabo los cambios que se producen en la industria, lo constituye sin 
dudas, el nivel de automatización. Los avances en la teoría y la práctica del control automático, 
ya sea con controles individuales o con una computadora central, han permitido lograr una serie 
de ventajas en la industria, sustituyendo la labor manual y repetitiva del hombre por 
automatismos que realizan eficientemente muchas operaciones de rutina y cuyas ventajas que 
pueden resumirse en los aspectos siguientes: 
• Eliminación de los trabajos monótonos o que exigen atención concentrada. 
• Eliminación de errores humanos. 
• Disminución de los recursos humanos necesarios para la misma producción. 
• Aumento de la cantidad del producto o del número de unidades fabricadas. 
• Mejoras en la calidad. 
• Mejor aprovechamiento de las materias primas. 
• Disminución en el desgaste del equipamiento fabril. 
• Cumplimiento de los requisitos medioambientales impuestos. 
• Disminución en los consumos de energía. 
A continuación, se ofrecen una serie de definiciones de la terminología empleada en la 
descripción de los sistemas de control y que será empleada en el resto del capítulo. 
2.1 Definiciones básicas. 
Planta: Cualquier objeto físico que deba controlarse (Un horno, un reactor químico, una 
columna de destilación). 
Proceso: Conjunto de operaciones que ocurren simultáneamente o en secuencia, para producir 
transformaciones físicas y/o químicas de la materia y que interactúan con el medio a través de las 
variables de salida, de las variables manipuladas y de las perturbaciones. Cualquier operación que 
deba controlarse (procesos biológicos, químicos, económicos). 
Sistema: Combinación de componentes que actúan conjuntamente y cumplen un objetivo 
determinado. No está limitado a objetos físicos (hay que interpretar el término sistema como 
referido a sistemas físicos, biológicos, económicos, etc.). 
Control: Acción de actuar sobre un objeto o proceso para mantener o cambiar su estado según un 
valor deseado. 
Sistema controlado: Objeto o proceso sobre el que se actúa. 
Variables controladas o de salida: Son aquellas variables del proceso cuyo valor el sistema de 
control debe mantener o controlar a lo largo del tiempo. 
Referencia: Valor deseado de la variable controlada. También se refiere como punto de consigna, 
valor prescrito o mando. 
Variables manipuladas: Son aquellas que pueden ser modificadas durante la operación del 
proceso, para que las variables de salida evolucionen según una política preestablecida por lo que 
se relacionada con los elementos de actuación que influyen en el cambio de las variables 
controladas. 
Variable medida: Variable del proceso que representa la medición de la variable controlada. 
Variable de error: Diferencia entre la variable medida y la referencia. 
Variable o acción de control: Variable que define el controlador con el algoritmo que 
implemente y que depende de la señal de error del sistema. 
40 
Perturbación: Señal que tiende a afectar la salida del sistema y sobre la cual el sistema no actúa, 
interesa conocerlas para tomar acciones sobre el proceso que permitan atenuar los efectos 
indeseados que ellas causan. Pueden ser internas, cuando se generan dentro del sistema, o 
externas cuando se genera fuera del sistema y constituye una entrada. 
Estabilidad: Propiedad deseable en todo sistema de control que garantiza que el sistema se 
mantenga o alcance el estado de equilibrio cada vez que es sometido a diferentes acciones de 
control. 
Realimentación: Propiedad de los sistemas de control donde se realimenta la variable medida al 
controlador. 
2.2 Objetivos del control automático de procesos. 
Tradicionalmente, el control de procesos se ha centrado en los niveles inferiores de la jerarquía 
de control: instrumentación, PID’s, estructuras de control, detección y diagnóstico de fallos, etc., 
ligados a unos pocos lazos de control. El objetivo del control es mantener las variables 
controladas próximas a unos valores de consigna fijados a criterio del personal de operación de la 
planta. Sin embargo, cada vez en mayor medida, el interés se centra en problemas de control de la 
planta completa, en los que intervienen muchas unidades de proceso que interaccionan. Por otro 
lado, si la tendencia es mantener la planta en los puntos de operación deseados, lo lógico es que 
estos sean óptimos de acuerdo a algún criterio de optimización que considere los costos, 
respetando la calidad u otros factores de la producción para lo cual se requiere la utilización de 
modelos coherentes y definir los criterios de optimización. 
2.3 Reguladores y servomecanismos. 
El control automático resuelve dos tipos diferentes de problemas. El primero requiere que la 
variable controlada tenga un valor constante o varíe lentamente con el tiempo y tiene como tarea 
principal mantener la variable controlada en el valor deseado a pesar de las perturbaciones 
externas sobre el sistema al que pertenece. Este tipo de sistema de regulación automática 
constituye el caso de la mayoría de los controladores industriales. 
El control de la temperatura de un local, en el que el termostato es el control, constituye un 
ejemplo de sistema de regulación automático. En este sistema se compara el valor deseado (ajuste 
del termostato) con la temperatura de la habitación. La variación de la temperatura exterior 
constituye una perturbación en este sistema y a pesar de sus variaciones, el objetivo de este 
control es mantener la temperatura deseada dentro de la habitación. 
El segundo tipo de problemas se refiere a aquellos en los que la variable controlada debe 
mantener un valor deseado que cambia con el tiempo, de acuerdo con las órdenes dadas. Este tipo 
de control constituye el caso general de los servomecanismos. Un servomecanismo es un sistema 
de control en el cual la salida es alguna posición, velocidad o aceleración mecánica. Este tipo de 
sistema de control es ampliamente usado en la industria moderna en el funcionamiento totalmente 
automatizado de máquinas herramientas y como parte integral de muchos sistemas de control de 
procesos. 
2.4 Sistema de control en lazo abierto y en lazo cerrado. 
Los sistemas de control son aquellos sistemas que tienden a mantener una relación preestablecida 
entre la variable de salida (variable controlada) y la referencia. En función del efecto de la 
retroalimentación pueden clasificarse en sistemas de lazo abierto y sistemas de lazo cerrado. 
Sistema de control en lazo abierto: 
41 
La salida del sistema no tiene efecto sobre la acción de control (no se mide ni se retroalimenta), 
por lo tanto,no son sistemas de control realimentado. 
 
Figura 2.1 Sistema de control de lazo abierto. 
 
En estos sistemas para cada entrada de referencia le corresponde una operación determinada, por 
lo tanto, la exactitud del mismo depende de su calibración y para que sean útiles deben mantener 
esa calibración. Por otro lado, cuando ocurre una perturbación, un sistema de control de lazo 
abierto no cumple su función ya que no puede corregir su efecto. En la práctica, solo se puede 
utilizar un sistema de control de lazo abierto cuando se conoce la relación entre la entrada y la 
salida de manera que este pueda ser calibrado y si no existen perturbaciones de ningún tipo. 
Ejemplos de sistemas de control de lazo abierto son todos aquellos controlados por tiempo. Una 
lavadora de ropa doméstica es un ejemplo práctico de este tipo de sistemas. Todas las 
operaciones (remojado, lavado y enjuagado) se cumplen por tiempos. La máquina no mide la 
limpieza de la ropa que constituye en definitiva la variable de salida que interesa. 
Otros ejemplos de otros sistemas de control de lazo abierto son las hornillas eléctricas, el horno 
de una cocina de gas, semáforos accionados en función del tiempo, ventiladores, embotelladoras 
de refresco, etc. 
Sistema de control en lazo cerrado: 
En estos sistemas, la salida se mide y se retroalimenta, de manera que la salida tiene efecto sobre 
la acción de control. La diferencia entre la referencia y la variable de salida o realimentación se 
conoce como señal de error actuante y se utiliza en el controlador para llevar la variable 
controlada al valor deseado. Estos sistemas son sistemas de control realimentados en los que la 
acción de realimentación se utiliza para reducir el error del sistema. 
 
Figura 2.2 Sistema de control de lazo cerrado. 
 
Los sistemas de control de lazo cerrado pueden ser manuales o automáticos. En los sistemas de 
control manual, la acción del hombre es la que cierra el lazo, el hombre actúa como controlador. 
En cambio, los sistemas de control automático poseen un controlador que recibe la señal de los 
instrumentos de medición y la compara con el valor deseado para generar una señal de error que 
actúe corrigiendo. 
Un ejemplo puede ser el control de la presión dentro de un depósito como se muestra en la Figura 
2.3. 
42 
 
Figura 2.3 Control automático de la presión en el interior de un depósito. 
 
La variable controlada es la presión c, y la variable manipulada es el flujo de la entrada m. El 
controlador, en función de la diferencia entre la referencia y la presión dentro del depósito, actúa 
sobre la válvula de entrada de flujo manipulando su apertura y por consiguiente el flujo de 
entrada. En este caso la perturbación más importante es el flujo de salida n. Si la perturbación n 
varía con el tiempo (solo en este caso se justifica el control automático), la relación dinámica 
entre las variables es, genéricamente: 
 
),(),( tngtmfC += 
 
Los sistemas de control están constituidos por diferentes bloques funcionales que pueden ser 
representados en un diagrama en bloques (forma de representación que modela al sistema) y que 
representa la dependencia entre las variables que interesan en el lazo de control. El lazo completo 
se muestra en la Figura 2.4, donde: 
r(t): señal de referencia. 
e(t): señal de error )()()( tbtrte −= 
u(t): señal de control 
m(t): variable manipulada 
c(t): variable controlada 
b(t): variable medida 
n(t): perturbación. 
Con el algoritmo de control, el controlador elabora la acción de control que ejecuta el elemento 
de acción final permitiendo que el proceso pase de un estado a otro. En función de los diferentes 
algoritmos de control existen diferentes tipos de controladores. 
Los elementos de acción final son los elementos del sistema que permiten alterar la variable 
manipulada hasta un valor conveniente para que la variable controlada regrese al valor deseado. 
En este caso el elemento de acción final es una válvula. 
El elemento de medida y transmisión, o canal de medición, término técnicamente más apropiado 
es el que garantiza la retroalimentación del sistema, o sea, que el controlador disponga en cada 
momento de la medición de la variable controlada. 
43 
 
Figura 2.4 Diagrama de bloques del control anterior. 
2.5 Diagrama de bloques y función transferencia. 
Como se aprecia en la Figura 2.4, se utiliza un diagrama de bloques para representar las 
relaciones de dependencia entre las variables que interesan en el lazo de control. Cada uno de los 
componentes de este sistema de control se ha representado por un rectángulo con una entrada y 
con una salida. La entrada se indica con la flecha que apunta hacia el bloque y la salida con la 
flecha que se aleja del bloque. Estas flechas se conocen como señales. 
Hay que destacar que la señal de salida es igual a la señal de entrada multiplicada por la función 
que se encuentra dentro del bloque y que modela esa componente del sistema (Figura 2.5). 
 
Figura 2.5 Elemento de un diagrama de bloques. 
 
Otro elemento presente en los diagramas son los detectores de error (Figura 2.6). Estos producen 
una señal que es la diferencia entre la referencia de entrada y la señal de retroalimentación. 
 
Figura 2.6 Diagrama de bloques de un detector de error. 
 
Todos los elementos que forman el lazo de control de la Figura 2.4 pueden ser modelados 
mostrando dentro del bloque la función transferencia del elemento en cuestión. 
44 
La función de transferencia es una expresión matemática que relaciona la salida y la entrada de 
un sistema lineal invariante en el tiempo, en términos de los parámetros del sistema y es una 
propiedad del sistema en sí, independiente de la función de entrada o excitadora. La función de 
transferencia incluye las unidades necesarias; sin embargo, no provee ninguna información 
respecto a la estructura física del sistema. La función de transferencia está definida como la 
relación entre la transformada de 
Laplace de la salida (función respuesta) y la transformada de Laplace de la entrada (función 
excitadora), bajo la suposición de que todas las condiciones iniciales son cero. 
Usando este concepto se puede representar la dinámica de un sistema por ecuaciones algebraicas 
en s que representen a cada uno de los elementos del diagrama en bloques del sistema de control 
de lazo cerrado. 
Sea un sistema lineal invariante en el tiempo definido por la siguiente ecuación diferencial : 
 
)(1
)1(
101
)1(
10 mnxbxbxbxbyayayaya mm
mm
nn
nn
≥⋅+⋅+⋅⋅⋅+⋅+⋅=⋅+⋅+⋅⋅⋅+⋅+⋅
•
−
−•
−
−
 
 
Donde y es la salida del sistema y x es la entrada. Se obtiene la función transferencia de este 
sistema tomando la transformada de Laplace de ambos miembros de la ecuación anterior 
suponiendo todas las condiciones iniciales iguales a cero, o sea: 
 
nn
nn
mm
mm
asasasa
bsbsbsb
sX
sYsG
+⋅+⋅⋅⋅+⋅+⋅
+⋅+⋅⋅⋅+⋅+⋅
==
−
−
−
−
1
)1(
10
1
)1(
10
)(
)()( 
2.6 Estrategias de Control. 
En general, existen diversas estrategias de control, pero la implementación de una de ellas debe 
justificarse económicamente. La estrategia más sencilla y de menor costo, que requiere menor 
inversión en el equipo y en la mano de obra necesaria para su diseño, implementación y 
mantenimiento es el control por retroalimentación o sistema de control en lazo cerrado, que como 
se explicó toma la variable de control y la retroalimenta al controlador para que este pueda tomar 
una decisión. 
Este tipo de sistemas, a pesar de ser simples y compensar todas las perturbaciones, solo puede 
compensar la perturbación cuando la variable controlada se ha desviado del punto de control, esto 
es, la perturbación se debe propagar por todo el proceso antes de que la pueda compensar el 
control por retroalimentación lo cual constituye una desventaja. 
Aunque el control por retroalimentación es la estrategia de control más común en las industrias 
de proceso, lo cual se ha logrado por su simplicidad; sin embargo, en algunos procesos el control 
por retroalimentación no proporcionala función de control que se requiere por ser procesos 
difíciles o imposibles de controlar cuando se recurre a los modos usuales de control o por porque 
la variable que nos interesa no se puede medir directamente, para esos procesos se deben diseñar 
otros tipos de control. Una de las estrategias empleadas es el control anticipatorio (Feedforward 
Control). El objetivo del control anticipatorio es medir las perturbaciones y compensarlas antes 
de que la variable controlada se desvíe del punto de control. 
Entre ejemplos de procesos en los que el control anticipatorio es de gran utilidad se tienen los 
hornos con elevada constante de tiempo, las columnas de fraccionamiento, los procesos con 
transferencia de calor, los sistemas de control de pH, regulación del nivel de calderas, etc. 
 
45 
Principio del control anticipatorio. 
Se considerará de nuevo, el esquema de bloques de un sistema de control por retroalimentación 
(Figura 2.4). La variable controlada c se desvía de su valor de equilibrio, coincidente con el valor 
deseado, debido a la acción de la perturbación n. Es por tanto, perfectamente posible medir las 
principales variables de carga (perturbaciones) que afecten el proceso. Siempre que tenga lugar 
una perturbación, es también posible calcular la corrección para ser introducida en la variable 
manipulada de manera que se pueda controlar el efecto de la perturbación. 
Esta acción correctiva es inmediata, independientemente de las constantes de tiempo que afecten 
a los elementos del proceso; no es necesario esperar la respuesta del proceso traducida por los 
reflejos de las perturbaciones sobre la variable controlada, para que se inicie la acción de control. 
El control anticipatorio permite cancelar las acciones perturbadoras antes que afecten a la 
variable manipulada, de esta manera, al menos teóricamente, el control anticipatorio podrá 
permitir un control más perfecto que el control por retroalimentación. 
Si no existieran errores, no solo en las hipótesis y ecuaciones establecidas, sino también en los 
elementos primarios y transmisores que miden las perturbaciones, y hasta en los dispositivos de 
cálculo y corrección, el sistema de control anticipatorio sería suficiente para mantener la variable 
controlada en un valor constante. Sin embargo, debido a la existencia de estas causas de error, 
son de esperar desviaciones permanentes (offsets) en la variable controlada. Debido a esto es 
necesario incorporar un controlador de retroalimentación para corregir las desviaciones residuales 
de la variable controlada c. La salida del controlador de retroalimentación constituye el valor 
deseado para el sistema de control anticipatorio y se puede representar de manera general como el 
diagrama de bloques de la Figura 2.7. La función del controlador de retroalimentación es 
solamente la de eliminar las desviaciones estáticas. 
 
Figura 2.7 Diagrama de bloques de un sistema de control anticipatorio. 
2.7 Clasificación general de los sistemas de control 
Los sistemas de control pueden se pueden clasificar de las siguientes maneras atendiendo a: 
1-Método de análisis y diseño: 
a) Sistemas lineales (sistemas en los cuales puede aplicarse el principio de superposición que 
establece que la respuesta producida por la aplicación simultánea de dos entradas excitadoras 
distintas es la suma de las respuestas individuales). 
b) Sistemas no lineales 
46 
2-Tipo de señal: 
a) Sistemas de control continuo (aquellos en los que las señales son funciones de la variable 
contínua tiempo). 
b) Sistemas de control discretos (las señales se presentan en forma de pulsos, son muestras de la 
señal contínua en intervalos de tiempo específicos, ejemplo el control mediante computadora o 
control digital directo). 
3-Variación de la variable en el tiempo: 
a) Sistemas variantes en el tiempo, en los que se considera la variación de la variable en el tiempo 
y la variación de parámetros dinámicos. Ejemplo de ello es cuando se analiza el comportamiento 
de un cohete, donde debe tenerse en cuenta que la masa del mismo varía en el tiempo con el 
consumo de combustible. 
b) Sistemas invariantes en el tiempo 
4-Número de entras y salidas: 
a) Sistemas SISO (una sola entrada y una sola salida) 
b) Sistemas MIMO (múltiples entradas y múltiples salidas) 
5-Variación del comportamiento con la distancia: 
a) Sistemas de parámetros distribuidos (aquellos en los que su comportamiento varía con la 
distancia, ejemplo, una red hidráulica donde el flujo varía con la distancia). 
b)Sistema de parámetros concentrados. 
2.8 Acciones básicas de control. 
La forma en que el control automático produce la señal de control se denomina acción de control. 
En los controles automáticos industriales son muy comunes los siguientes tipos de acciones de 
control: 
• Acción de dos posiciones (ON-OFF) 
• Acción proporcional (P) 
• Acción integral (I) 
• Acción proporcional-integral (PI) 
• Acción proporcional-derivativo (PD) 
• Acción proporcional-integral-derivativo (PID) 
2.8.1 Acción de dos posiciones. 
Este tipo de acción también se conoce con el nombre de ON-OFF o de todo o nada. Es un control 
relativamente simple y por eso muy empleado tanto en aplicaciones industriales como 
domésticas. En los sistemas de control con acción de dos posiciones, el elemento actuante solo 
tiene dos posiciones fijas, que casi siempre son conectado y desconectado. 
La señal de control u(t) en este tipo de control permanece en un valor máximo o mínimo en 
dependencia del error actuante e(t), o sea : 
0)(
0)()(
2
1
<=
>=
teparaM
teparaMtu
 
Los controles de dos posiciones son normalmente dispositivos eléctricos, generalmente una 
válvula con un solenoide como actuador. En la Figura 2.8 se muestra el diagrama de bloques de 
un control de dos posiciones. 
47 
 
Figura 2.8 Diagrama de bloques de un control de dos posiciones. 
 
Como la conmutación se realiza en e = 0, un pequeño cambio en cualquier sentido lo haría 
conmutar, por lo que la conmutación es muy frecuente. Esto haría que se deteriorara con rapidez 
el elemento de acción final o actuador. Para reducir este efecto, se provee al control 
deliberadamente de una brecha diferencial (Figura 2.9). Esta brecha diferencial hace que la salida 
del control u(t) mantenga su valor hasta que la señal de error actuante haya pasado levemente del 
valor de cero. 
 
Figura 2.9 Diagrama de bloques de un control de dos posiciones con brecha diferencial. 
 
Un ejemplo de este tipo de control lo constituye el sistema de control de nivel de líquido 
mostrado en la Figura 2.10. Con este control, la válvula está abierta o cerrada y el flujo de entrada 
es una constante positiva o cero. La señal de salida se mueve continuamente entre los dos límites 
requeridos mostrando una oscilación de la salida entre dos valores como se muestra en la Figura 
2.10b. Esta respuesta es típica de un control de dos posiciones. 
Otros ejemplos de control de dos posiciones son los equipos controlados por termostatos 
(refrigerador, horno eléctrico, aire acondicionado, plancha, etc). 
48 
 
Figura 2.10 Sistema de control de nivel de líquido 
2.8.2 Acción proporcional (P). 
Como el propio nombre lo indica, la relación que une la variable manipulada m con el error e, es 
una relación lineal, expresada por la siguiente ley matemática: 
 
OuteKptu +⋅= )()( 
 
Donde: 
Kp: ganancia proporcional. 
 uO: valor de salida del controlador cuando e(t) = 0 y se suele seleccionar en el medio de la gama 
de salida del controlador. En los controladores comerciales se recomienda situar la condición 
inicial de la salida de la manera siguiente: 
Señales eléctricas 
4 – 20 mA uO = 12 mA 
1 – 5 V uO = 3 V 
Señales neumáticas 
3 – 15 psi uO = 9 psi 
0,2 – 1 Kgf / cm2 uO = 0,6 Kgf / cm2 
20 – 100 kPa uO = 60 kPa 
La ganancia proporcional es igual a la variación de la señal de control u cuando existe una 
variación unitaria del error e: 
 
)(
)(
te
tuKp
Δ
Δ
= 
 
En magnitudes transformadas de Laplace:49 
)(
)(
sE
sUKp = 
El diagrama de bloques de la acción proporcional se muestra en la Figura 2.11. El control 
proporcional es esencialmente un amplificador de ganancia ajustable. Es muy común que en los 
controladores comerciales este parámetro no se dé como ganancia sino como el inverso de la 
ganacia conocido como banda proporcional. 
Kp
BPalproporcionBanda 100)(% = 
 
Figura 2.11 Diagrama de bloques de un control proporcional. 
 
La acción proporcional se puede representar gráficamente (Figura 2.12) para el caso en que el 
error e sufriera una variación unitaria y en escalón ( 1=Δe ). Despreciando las constantes de 
tiempo y los atrasos del controlador, la variable sigue fielmente el progreso de e. 
 
Figura 2.12 Respuesta de un control proporcional ante una referencia escalón unitario. 
 
En dependencia de las características del sistema, a un paso escalón en la referencia, la acción de 
control proporcional puede tener un error de estado estacionario ( ∞→tte ),( ) diferente de cero. 
En ese caso puede disminuirse aumentando la ganancia Kp, aunque una ganancia muy grande 
hace que el control se comporte como un control de dos posiciones. 
2.8.3 Acción integral (I). 
Con la acción integral, el controlador genera una señal de control que depende de la integral del 
error e a lo largo del tiempo y se expresa como: 
50 
∫ +=
t
O
i
Udttetu
0
)(1)(
τ
 
 
Donde: 
 
iτ : constante conocida como tiempo de integración o tiempo integral 
 
La función transferencia del control integral es: 
 
ssE
sU
i ⋅
=
τ
1
)(
)( 
 
El diagrama de bloques de este tipo de control se muestra en la Figura 2.13. 
 
Figura 2.13 Diagrama de bloques de un control integral. 
 
La Figura 2.14 muestra la señal de control generada por la acción integral para el caso de una 
variación en escalón e igual a la unidad de la señal de error. Para un error actuante e(t)=0, la 
salida del controlador se mantiene estacionaria. En este tipo de control mientras menor es el 
tiempo de integración, mayor es su efecto sobre la salida del controlador. Para una entrada de 
referencia tipo escalón unitario el error de estado estacionario es cero (ess=0). 
 
Figura 2.14 Respuesta de un control integral ante una referencia escalón unitario. 
51 
2.8.4 Acción proporcional-integral (PI). 
Una acción proporcional utilizada aisladamente solamente puede ser satisfactoria en algunos 
controles que no tengan grandes exigencias, ya que conducen a desviaciones permanentes (offset) 
de la variable controlada. 
Esta desviación permanente se anula por el uso de acciones proporcionales e integrales 
combinadas. La acción de control PI se expresa por la siguiente ecuación: 
O
t
i
UdtteteKptu +⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+= ∫
0
)(1)()(
τ
 
 
La función transferencia será: 
 
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
⋅
+⋅=
s
Kp
sE
sU
iτ
11
)(
)( 
 
Donde Kp es la ganancia y iτ es el tiempo integral. Tanto Kp como iτ son parámetros regulables. 
El tiermpo integral regula la acción de control integral mientras la ganancia Kp afecta tanto la 
parte integral como la proporcional de la acción de control. La Figura 2.15 muestra un diagrama 
de bloques de un control con acción PI. Si la señal de error e(t) es un escalón unitario, la salida es 
la que se muestra en la Figura 2.16. 
 
Figura 2.15 Diagrama de bloques de un control PI. 
 
Figura 2.16 Respuesta de un control PI ante una referencia escalón unitario. 
52 
2.8.5 Acción proporcional-derivativo (PD). 
En algunos sistemas es importante la rapidez de la acción de control en la salida del sistema y por 
ende se introduce un término derivativo que se combina con una acción proporcional dando lugar 
a la acción PD que queda definida por la siguiente expresión: 
Od Udt
tde
teKptu +⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+=
)(
)()( τ 
 
Y la función transferencia es: 
 
( )sKp
sE
sU
d ⋅+= τ1)(
)( 
 
Donde Kp es la ganancia proporcional y dτ es el tiempo derivativo, ambos parámetros son 
regulables. En el término derivativo de esta acción, la señal de control u depende de la derivada 
del error e. La acción derivativa no se puede utilizar aisladamente y para una entrada escalón no 
tiene sentido ya que en tal caso, tendría una derivada 
dt
d infinita en el punto de discontinuidad de 
e. También hay que notar que este tipo de acción no tiene efecto en el estado estacionario. En la 
Figura 2.17 se muestra el diagrama de bloques de este tipo de control. 
 
Figura 2.17 Diagrama de bloques de un control PD. 
2.8.6 Acción proporcional-integral-derivativo (PID). 
Otro tipo de acción muy utilizada es la que resulta de la asociación de las acciones proporcional, 
integral y derivativa, dando origen a la acción de control PID. Además de la eliminación del 
offset, se consigue, con regulaciones apropiadas, estabilizar el proceso y un retorno más rápido al 
equilibrio de lo que se obtendría con un control PI. 
Sin embargo, existen casos difíciles (procesos con retroalimentaciones positivas internas o con 
grandes constantes de tiempo) en los que no basta la acción PID. En este caso se recurre a 
estrategias avanzadas de control como es el control anticipatorio, controladores en cascada, etc. 
La ecuación que relaciona la señal de control con el error actuante es la siguiente: 
O
t
d
i
U
dt
tdedtteteKptu +⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
++= ∫
0
)()(1)()( τ
τ
 
 
La función transferencia es: 
53 
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
⋅+
⋅
+= s
s
Kp
sE
sU
d
i
τ
τ
11
)(
)( 
 
Donde Kp es la ganancia proporcional, iτ es el tiempo integral y dτ es el tiempo derivativo. En la 
Figura 2.18 se puede ver el diagrama de bloques de este tipo de control. 
 
Figura 2.18 Diagrama de bloques de un controlador PID. 
2.9 Criterios de comportamiento. 
Existen varios parámetros, tanto transitorios como de estado estacionario, que indican cuán 
bueno (o malo) es un sistema de control. En la práctica estos parámetros deseados se especifican 
en términos de cantidades en el dominio del tiempo. Normalmente la respuesta de un sistema se 
especifica en términos de su respuesta transitoria a una entrada escalón unitario. La respuesta de 
un sistema de control real a menudo presenta oscilaciones amortiguadas antes de alcanzar el 
estado estacionario. Las características de respuesta transitoria cuando la entrada es un escalón 
unitario están determinadas por los parámetros que se indican gráficamente en la Figura 2.19 y 
que se especifican a continuación: 
• Tiempo de retardo, td: es el tiempo que tarda la respuesta en alcanzar por primera vez la 
mitad del valor final. 
• Tiempo de crecimiento, tr: es el tiempo requerido para que la respuesta crezca del 10 al 90%, 
del 5 al 95% o del 0 al 100% de su valor final. Para sistemas subamortiguados se emplea 
como tiempo de crcimiento el criterio de 0 al 100%, para sistemas sobreamortiguados se 
utiliza el tiempo de crecimiento de 10 al 90%. 
• Tiempo de pico, tp: es el tiempo requerido para que la respuesta alcance el primer pico del 
sobreimpulso. 
• Máximo sobreimpulso (%), Mp: es el valor pico máximo de la curva de respuesta medido 
desde la unidad. Si el valor final estabilizado de la respuesta difiere de la unidad, se utiliza el 
máximo sobreimpulso porcentual definido del siguiente modo: 
 
%100
)(
)()(
⋅
∞
∞−
=
c
ctpcMp 
• Tiempo de establecimiento, ts: tiempo requerido por la curva de respuesta para alcanzar y 
mantenerse dentro de determinado rango alrededor del valor final (habitualmente del 5 al 
2%). 
54 
 
Figura 2.19 Curva de respuesta a un escalón unitario. 
2.10 Reglas de sintonización para controladores PID 
Para ajustar las constantes Kp iτ y dτ se puede usar un procedimiento práctico. Primero, estas 
constantes son ajustadas a valores iniciales y el controlador es conectado al sistema, que puede 
ser o el sistema real o una simulación por computadora. Luego el sistema se opera y se observa la 
respuesta. Basados en la respuesta, se ajustan Kp iτ y dτ y el sistema es operado otra vez. Este 
proceso iterativo para ajustar cada constante en forma ordenada hasta que la respuestadeseada de 
sistema sea lograda se llama afinación. Aunque existen muchos métodos para sintonizar 
controladores PID, dos muy comunes fueron desarrollados por Zieler y Nichols y se denominan 
método del ciclo continuo y método de la curva de reacción. 
El método del ciclo continuo (método de lazo cerrado) puede ser utilizado cuando no se producen 
daños si el sistema entra en oscilación. Con este método se obtiene un sistema con una respuesta 
rápida, lo cual significa que ante una entrada escalón unitario, se producirá un ligero 
sobreimpulso que se amortigua muy rápidamente. El procedimiento es el siguiente: 
Ajustar Kp=0, ∞=iτ y 0=dτ y conectar el controlador al sistema. 
Utilizando el control manual, ajustar el sistema hasta que opere en la mitad de su rango. Entonces 
se incrementa la ganancia proporcional Kp* mientras se fuerzan pequeños disturbios en el punto 
de ajuste hasta que el sistema oscile con una amplitud constante como se muestra en la Figura 
2.20a. Se toma el valor de Kp* y de Tc para esta condición. 
Basado en el valor de Kp* y Tc del paso anterior, se calculan los ajustes de las constantes como 
sigue: 
 
*6.0 KpKp ⋅= 
 
2
Tc
i =τ 
 
55 
8
Tc
d =τ . 
Utilizando los ajustes del paso anterior, se opera el sistema , se realizan ajustes teniendo en 
cuenta que un incremento en Kp produce una respuesta más rápida, disminuir iτ reduce el tiempo 
en el cual se alcanza un error cercano a cero y un incremento en dτ disminuye el máximo 
sobreimpulso. Por supuesto, Kp iτ y dτ no actúan independientes, por lo tanto el cambio en uno 
de ellos tendrá efectos sobre toda la respuesta del sistema. La sintonía del sistema es un proceso 
iterativo de realizar pequeños y pequeños ajustes hasta que se alcanza la respuesta deseada 
(Figura 2.20b). 
 
Figura 2.20 respuesta del sistema para sintonía de un regulador PID. 
 
El método de la curva de reacción (método de lazo abierto) es otra forma de determinar los 
parámetros iniciales del controlador PID. Este método no requiere llevar el sistema a la 
oscilación. En su ligar, se abre el lazo de retroalimentación y el controlador es manualmente 
dirigido a dar a la salida una pequeña función escalón para el actuador. La respuesta del sistema 
como la reporta el sensor, es utilizada para calcular Kp iτ y dτ . Debido a que se trabaja en lazo 
abierto, este procedimiento funcionará solamente para sistemas inherentemente estables. 
Una posible prueba se muestra en la Figura 2.21a. aquí el lazo es abierto y se coloca el 
controlador en modo manual, entonces una pequeña función escalón se introduce manualmente. 
Esta señal provoca que la variable controlada se mueva ligeramente, y se observa la respuesta en 
la posición resultante. Una curva de respuesta típica se muestra en la Figura 2.21b. Observe que 
el eje vertical se corresponde con el rango de la variable de proceso (en porcentaje). Las 
constantes del sistema son calculadas basadas en la curva de respuesta, como se muestra a 
continuación: 
Se traza una linea tangente a la curva de respuesta que definirá los tiempos L y T. L es el retardo 
de tiempo entre la salida del controlador y la respuesta de la variable controlada. 
Se calcula la pendiente de la curva: 
 
T
PVN Δ= 
Donde PVΔ es el cambio de la variable del proceso, en porcentaje. 
 
Calcular las constantes del controlador PID: 
56 
 
LN
CVKp
⋅
Δ⋅
=
2.1
 
 
Donde CVΔ es el porciento de cambio en la señal de control(salida del controlador). 
 
Li 2=τ 
 
Ld 5.0=τ 
 
Figura 2.21 Prueba y respuesta del método de la curva de reacción. 
2.11 Simulación de sistemas de control 
La simulación no es más que la reproducción del comportamiento dinámico de un sistema real en 
base a un sistema con el fin de llegar a conclusiones aplicables al mundo real. También se puede 
hablar de la simulación como el proceso de diseñar el modelo de un sistema real con el objetivo 
de describirlo, explicarlo y predecir su comportamiento a partir de experimentos basados en 
computadoras. 
Entre las aplicaciones de la simulación digital se tienen: 
• Análisis y diseño de sistemas de control. 
• Simuladores para entrenamiento de personal (tripulantes de naves, operadores de procesos). 
• Evaluación de dispositivos de alta tecnología. 
• Simulación discreta (ejemplo tráfico telefónico). 
Existen varias técnicas para la simulación digital dentro de las que se pueden mencionar: 
1. Solución numérica de ecuaciones diferenciales: (Se resuelve la ecuación diferencial por 
métodos numéricos). 
2. Métodos operacionales: (No se resuelve la ecuación diferencial, se simula la función 
transferencial). 
3. Lenguajes de simulación: (Son paquetes de programas especialmente dedicados para simular). 
57 
Entre las herramientas existentes actualmente para simulación de sistemas de control se puede 
mencionar el Simulink de MatLab. Para un estudio que permita el dominio de esta herramienta 
de simulación es necesario remitirse a la ayuda del Matlab. Con esta herramienta se utilizan 
directamente representaciones en diagrama en bloques para realizar análisis y simulación de 
sistemas de control como se puede apreciar en el siguiente ejemplo: 
Ejemplo: Un sistema de control de nivel como el mostrado en la Figura 2.22 se diseña para 
controlar el nivel h del tanque aún cuando varíe el flujo de salida qo, si el nivel no es correcto 
(diferente del valor de referencia r), el detector de error del controlador produce un error e y 
acorde a este error actúa el controlador aplicando un voltaje (señal de control m) al actuador de la 
válvula para variar la posición de ésta y cambiar la razón de llenado del tanque. Las siguientes 
relaciones se cumplen en el sistema: 
 
Error detectado, en m: )()()( sHsRsE −= 
Salida del controlador, en V: )(11 sEGM ⋅= 
Flujo de alimentación del tanque, en m3/seg: 1)( MKvsQ ⋅= 
Nivel del tanque, en m: )()( 2 sQGsH ⋅= 
Las constantes y las funciones transferencias pertinentes son las siguientes: 
 
KpG =1 Función transferencia del controlador proporcional 
1)(
)(
2 +⋅
==
CR
R
sQ
sHG Función transferencia del sistema 
Resistencia al flujo de líquido: R=100 m/m3/seg 
Capacitancia del tanque: C=12 m3/m 
Ganancia de la válvula de control: Kv=0.01 m3/seg por V de salida del controlador 
Ganancia del sensor: Kb=1 V/m 
 
Figura 2.22 Sistema de control de nivel de capacidad única. 
 
58 
Para el caso de que la ganancia del controlador proporcional sea Kp=25 se construye el diagrama 
de bloques en el Simulink de Matlab quedando como se muestra en la Figura 2.23. 
 
 
Figura 2.23 Ventana mostrando el diagrama de bloques del sistema de control de nivel para el 
caso en que se emplea un controlador proporcional. 
La curva de la respuesta producto de la simulación ante una señal escalón unitario se muestra en 
la Figura 2.24. 
 
Figura 2.24 Respuesta del sistema con un controlador proporcional ante una señal escalón 
unitario. 
59 
 
En la Figura 2.24 se aprecia que la salida del sistema nunca llega al valor deseado existiendo un 
error de estado estacionario denominado corrimiento. Este error se hace pequeño a medida que se 
aumenta la ganancia y puede ser eliminado si se introduce acción integral dentro del control. 
La Figura 2.25 muestra el modelo del sistema anterior si se utiliza un controlador PI, 
manteniendo la ganancia Kp=25 y con un tiempo integral 100=iτ . La respuesta del sistema 
obtenida por simulación ante una entrada escalón unitario se muestra en la Figura 2.26. Puede 
apreciarse que el error en estado estacionario ess=0. 
 
 
Figura 2.23 Ventana mostrando el diagrama de bloques del sistema de control de nivel para el 
caso en que se emplea un controlador proporcional-integral. 
60 
 
Figura 2.24 Respuesta del sistema con un controlador 
proporcional-integral ante una señal escalón unitario. 
 
 
 
62 
3 CAPITULO 3: CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES (PLC). 
En este capitulo abordaremos el tema de los Controladores Lógicos Programables de las siglas en 
Ingles (PLC),también conocidos como Autómatas. 
3.1 Pequeña reseña histórica 
Los PLC's se introdujeron por primera vez en la industria en 
1960 aproximadamente. La razón principal de tal hecho fué la 
necesidad de eliminar el gran costo que se producía al 
reemplazar el complejo sistema de control basado en relés y 
contactores. Bedford Associates propuso algo denominado 
Controlador Digital Modular (MODICON, MOdular DIgital 
CONtroler) a un gran fabricante de coches. Otras compañias 
propusieron a la vez esquemas basados en ordenador, uno de los 
cuales estaba basado en el PDP-8. El MODICON 084 resultó 
ser el primer PLC del mundo en ser producido comercialmente. 
El problema de los relés era que cuando los requerimientos de 
producción cambiaban también lo hacía el sistema de control. Esto comenzó a resultar bastante 
caro cuando los cambios fueron frecuentes. Dado que los relés son dispositivos mecánicos y 
poseen una vida limitada se requería una estricta manutención planificada. Por otra parte, a veces 
se debían realizar conexiones entre cientos o miles de relés, lo que implicaba un enorme esfuerzo 
de diseño y mantenimiento. 
Los "nuevos controladores" debían ser fácilmente programables por ingenieros de planta o 
personal de mantenimiento. El tiempo de vida debía ser largo y los cambios en el programa 
tenían que realizarse de forma sencilla. Finalmente se imponía que trabajaran sin problemas en 
entornos industriales adversos. La solución fué el empleo de una técnica de programación 
familiar y reemplazar los relés mecánicos por relés de estado sólido. 
A mediados de los 70 las tecnologías dominantes de los PLC eran 
máquinas de estado secuenciales y CPU basadas en desplazamiento de 
bit. Los AMD 2901 y 2903 fueron muy populares en el Modicon y 
PLC's A-B. Los microprocesadores convencionales cedieron la potencia 
necesaria para resolver de forma rápida y completa la lógica de los 
pequeños PLC's. Por cada modelo de microprocesador había un modelo 
de PLC basado en el mismo. No obstante, el 2903 fué de los más 
utilizados. 
Las habilidades de comunicación comenzaron a aparecer en 1973 
aproximadamente. El primer sistema fué el bus Modicon (Modbus). El 
PLC podía ahora dialogar con otros PLC's y en conjunto podían estar aislados de las máquinas 
que controlaban. Tambien podían enviar y recibir señales de tensión variables, entrando en el 
mundo analógico. Desafortunadamente, la falta de un estándar acompañado con un continuo 
cambio tecnológico ha hecho que la comunicación de PLC's sea un maremagnum de sistemas 
físcicos y protocolos incompatibles entre si. No obstante fué una gran decada para los PLC's. 
En los 80 se produjo un intento de estandarización de las comunicaciones con el protocolo MAP 
(Manufacturing Automation Protocol) de General Motor's. También fué un tiempo en el que se 
redujeron las dimensiones del PLC y se pasó a programar con programación simbólica a través de 
63 
ordenadores personales en vez de los clásicos terminales de programación. Hoy día el PLC más 
pequeño es del tamaño de un simple relé. 
Los 90 han mostrado una gradual reducción en el número de nuevos protocolos, y en la 
modernización de las capas físicas de los protocolos más populares que sobrevivieron a los 80. El 
último estándar (IEC 1131-3) intenta unificar el sistema de programación de todos los PLC en un 
único estándar internacional. Ahora disponemos de PLC's que pueden ser programados en 
diagramas de bloques, lista de instrucciones y texto estructurado al mismo tiempo. 
Los PC están comenzando a reemplazar al PLC en algunas aplicaciones, incluso la compañía que 
introdujo el Modicon 084 ha cambiado al control basado en PC. Por lo cual, no sería de extrañar 
que en un futuro no muy lejano el PLC desaparezca frente al cada vez más potente PC, debido a 
las posibilidades que los ordenadores pueden proporcionar. 
3.2 Introducción a los PLC 
Hasta no hace mucho tiempo el control de procesos industriales se hacía de forma cableada por 
medio de contactores y relés. Al operario que se encontraba a cargo de este tipo de instalaciones, 
se le exigía tener altos conocimientos técnicos para poder realizarlas y posteriormente 
mantenerlas. Además, cualquier variación en el proceso suponía modificar físicamente gran 
parte de las conexiones de los montajes, siendo necesario para ello un gran esfuerzo técnico y un 
mayor desembolso económico. 
En la actualidad, no se puede entender un proceso complejo de alto nivel desarrollado por 
técnicas cableadas. El ordenador y los autómatas programables ha intervenido de forma 
considerable para que este tipo de instalaciones se hayan visto sustituidas por otras controladas de 
forma programada. 
El Autómata Programable Industrial (API) nació como solución al control de circuitos complejos 
de automatización. Por lo tanto se puede decir que un API no es más que un aparato electrónico 
que sustituye los circuitos auxiliares o de mando de los sistemas automáticos. A él se conectan 
los captadores (finales de carrera, pulsadores,...) por una parte, y los actuadores (bobinas de 
contactores, lámparas, peque os receptores,...) por otra. 
 
Figura 3:1Esquema de un autómata programable, el TSX17-10 
64 
3.2.1 Definición de autómata programable 
Se entiende por Controlador Lógico Programable (PLC), o Autómata Programable, a toda 
máquina electrónica diseñada para controlar en tiempo real y en medio industrial procesos 
secuenciales. 
Esta definición se está quedando un poco desfasada, ya que han aparecido los micro-plc's, 
destinados a pequeñas necesidades y al alcance de cualquier persona. 
3.2.2 Campos de aplicación 
Un autómata programable suele emplearse en procesos industriales que tengan una o varias de las 
siguientes necesidades: 
Espacio reducido. 
Procesos de producción periódicamente cambiantes. 
Procesos secuenciales. 
Maquinaria de procesos variables. 
Instalaciones de procesos complejos y amplios. 
Chequeo de programación centralizada de las partes del proceso. 
Aplicaciones generales: 
Maniobra de máquinas. 
Maniobra de instalaciones. 
Señalización y control. 
Tal y como digimos anteriormente, esto se refiere a los autómatas programables industriales, 
dejando de lado los pequeños autómatas para uso más personal (que se pueden emplear, incluso, 
para automatizar procesos en el hogar, como la puerta de un cochera o las luces de la casa). 
3.2.3 Ventajas e inconvenientes de los PLC's 
Entre la ventajas tenemos: 
Menor tiempo de elaboración de proyectos. 
Posibilidad de añadir modificaciones sin costo añadido en otros componentes. 
Mínimo espacio de ocupación. 
Menor costo de mano de obra. 
Mantenimiento económico. 
Posibilidad de gobernar varias máquinas con el mismo autómata. 
Menor tiempo de puesta en funcionamiento. 
Si el autómata queda pequeño para el proceso industrial puede seguir siendo de utilidad en otras 
máquinas o sistemas de producción. 
Y entre los inconvenientes: 
Adiestramiento de técnicos. 
Costo. 
A dia de hoy los inconvenientes se han hecho nulos, ya que todas la carreras de ingeniería 
incluyen la automatización como una de sus asignaturas. En cuanto al costo tampoco hay 
problema, ya que hay autómatas para todas las necesidades y a precios ajustados. Existen desde 
pequeños autómatas por poco más de 10000 pesetas hasta PLC's que alcanzan cifras 
escandalosas. 
65 
3.3 Estructura. Conceptos generales 
La mejor opción para el control de procesos industriales es el empleo de autómatas programables. 
Estos aparatos se basan en el empleo de un microcontrolador para el manejo de las entradas y 
salidas. La memoria del aparato contendrá tanto el programa de usuario que le introduzcamos 
como el sistema operativo que permite ejecutar secuencialmente las instrucciones del programa. 
Opcionalmente, en la mayoría de los autómatas, también se incluyen una serie de funciones pre-
implementadas de uso general (como reguladores PID). 
La mayor ventaja es que si hay que variar el proceso basta con cambiar el programa introducidoen el autómata(en la mayoría de los casos). Otra ventaja es que el autómata también nos permite 
saber el estado del proceso, incluyendo la adquisición de datos para un posterior estudio. 
3.3.1 Estructura externa 
 
Figura 3:2 Ejemplos de PLC 
Todos los autómatas programables, poseen una de las siguientes estructuras: 
Compacta: en un solo bloque están todos lo elementos. 
Modular: 
Estructura americana: separa las E/S del resto del autómata. 
Estructura europea: cada módulo es una función (fuente de alimentación, CPU, E/S, etc.). 
Exteriormente nos encontraremos con cajas que contienen una de estas estructuras, las cuales 
poseen indicadores y conectores en función del modelo y fabricante. 
Para el caso de una estructura modular se dispone de la posibilidad de fijar los distintos módulos 
en railes normalizados, para que el conjunto sea compacto y resistente. 
Los micro-autómatas suelen venir sin caja, en formato kit, ya que su empleo no es determinado y 
se suele incluir dentro de un conjunto más grande de control o dentro de la misma maquinaria que 
se debe controlar. 
66 
3.3.2 Estructura interna 
 
Figura 3:3 Estructura Interna de un PLC 
Los elementos esenciales, que todo autómata programable posee como mínimo, son: 
Sección de entradas: se trata de líneas de entrada, las cuales pueden ser de tipo digital o 
analógico. En ambos casos tenemos unos rangos de tensión característicos, los cuales se 
encuentran en las hojas de características del fabricante. A estas líneas conectaremos los sensores. 
Sección de salidas: son una serie de líneas de salida, que también pueden ser de caracter digital o 
analógico. A estas líneas conectaremos los actuadores. 
Unidad central de proceso (CPU): se encarga de procesar el programa de usuario que le 
introduciremos. Para ello disponemos de diversas zonas de memoria, registros, e instrucciones de 
programa. 
Adicionalmente, en determinados modelos más avanzados, podemos disponer de funciones ya 
integradas en la CPU; como reguladores PID, control de posición, etc 
67 
 
Figura 3:4 Entradas y Salidas de los PLC 
Tanto las entradas como las salidas están aisladas de la CPU según el tipo de autómata que 
utilicemos. Normalmente se suelen emplear optoacopladores en las entradas y 
relés/optoacopladores en las salidas. 
Aparte de estos elementos podemos disponer de los siguientes: 
Unidad de alimentación (algunas CPU la llevan incluida). 
Unidad o consola de programación: que nos permitirá introducir, modificar y supervisar el 
programa de usuario. 
Dispositivos periféricos: como nuevas unidades de E/S, más memoria, unidades de comunicación 
en red, etc. 
Interfaces: facilitan la comunicación del autómata mediante enlace serie con otros dispositivos 
(como un PC). 
En los siguientes apartados comentaremos la estructura de cada elemento. 
3.3.2.1 Memoria 
Dentro de la CPU vamos a disponer de un área de memoria, la cual emplearemos para diversas 
funciones: 
Memoria del programa de usuario: aquí introduciremos el programa que el autómata va a ejecutar 
cíclicamente. 
Memoria de la tabla de datos: se suele subdividir en zonas según el tipo de datos (como marcas 
de memoria, temporizadores, contadores, etc.). 
Memoria del sistema: aquí se encuentra el programa en código máquina que monitoriza el 
sistema (programa del sistema o firmware). Este programa es ejecutado directamenrte por el 
microprocesador/microcontrolador que posea el autómata. 
Memoria de almacenamiento: se trata de memoria externa que empleamos para almacenar el 
programa de usuario, y en ciertos casos parte de la memoria de la tabla de datos. Suele ser de uno 
de los siguientes tipos: EPROM, EEPROM, o FLASH. 
Cada autómata divide su memoria de esta forma genérica, haciendo subdivisiones específicas 
según el modelo y fabricante. 
68 
3.3.2.2 CPU 
La CPU es el corazón del autómata programable. Es la encargada de ejecutar el programa de 
usuario mediante el programa del sistema (es decir, el programa de usuario es interpretado por el 
programa del sistema). Sus funciones son: 
Vigilar que el tiempo de ejcución del programa de usuario no excede un determinado tiempo 
máximo (tiempo de ciclo máximo). A esta función se le suele denominar Watchdog (perro 
guardián). 
Ejecutar el programa de usuario. 
Crear una imagen de las entradas, ya que el programa de usuario no debe acceder directamente a 
dichas entradas. 
Renovar el estado de las salidas en función de la imagen de las mismas obtenida al final del ciclo 
de ejecución del programa de usuario. 
Chequeo del sistema. 
Para ello el autómata va a poseer un ciclo de trabajo, que ejecutará de forma continua: 
 ------------- 
 |Imagen de las| <--- Entradas 
 | entradas | 
 ------------- 
 || 
 \/ 
 ------------- 
 |Ejecución del| 
 | programa de | 
 | usuario | 
 ------------- 
 || 
 \/ 
 ------------- 
 |Imagen de las| ---> Salidas 
 | salidas | 
 ------------- 
 || 
 \/ 
 ------------- 
 | WATCHDOG | 
 ------------- 
3.3.3 Unidades de E/S (Entrada y salida de datos) 
 
Figura 3:5 Unidades de Entrada/Salida 
Generalmente vamos a disponer de dos tipos de E/S: 
- Digital. 
- Analógica. 
69 
Las E/S digitales se basan en el principio de todo o nada, es decir o no conducen señal alguna o 
poseen un nivel mínimo de tensión. Estas E/S se manejan a nivel de bit dentro del programa de 
usuario. 
Las E/S analógicas pueden poseer cualquier valor dentro de un rango determinado especificado 
por el fabricante. Se basan en conversores A/D y D/A aislados de la CPU (ópticamente o por 
etapa de potencia). Estas señales se manejan a nivel de byte o palabra (8/16 bits) dentro del 
programa de usuario. 
Las E/S son leídas y escritas dependiendo del modelo y del fabricante, es decir pueden estar 
incluidas sus imágenes dentro del área de memoria o ser manejadas a través de instrucciones 
específicas de E/S. 
3.3.4 Interfaces 
Todo autómata, salvo casos excepcionales, posee la virtud de poder comunicarse con otros 
dispositivos (como un PC). 
Lo normal es que posea una E/S serie del tipo RS-232 / RS-422. 
A través de esta línea se pueden manejar todas las características internas del autómata, incluida 
la programación del mismo, y suele emplearse para monitorización del proceso en otro lugar 
separado. 
3.3.4.1 Equipos o unidades de programación 
 
Figura 3:6 Ejemplo de Equipo o Unidad de Programación 
El autómata debe disponer de alguna forma de programación, la cual se suele realizar empleando 
alguno de los siguientes elementos: 
Unidad de programación: suele ser en forma de calculadora. Es la forma más simple de 
programar el autómata, y se suele reservar para pequeñas modificaciones del programa o la 
lectura de datos en el lugar de colocación del autómata. 
Consola de programación: es un terminal a modo de ordenador que proporciona una forma más 
cómoda de realizar el programa de usuario y observar parámetros internos del autómata. 
Desfasado actualmente. 
PC: es el modo más potente y empleado en la actualidad. Permite programar desde un ordenador 
personal estándar, con todo lo que ello supone: herramientas más potentes, posibilidad de 
almacenamiento en soporte magnético, impresión, transferencia de datos, monitorización 
mediante software SCADA, etc. 
Para cada caso el fabricante proporciona lo necesario, bien el equipo o el software/cables 
adecuados. Cada equipo, dependiendo del modelo y fabricante, puede poseer una conexión a uno 
o varios de los elementos anteriores. En el caso de los micro-plc se escoge la programación por 
PC o por unidad de programación integrada en la propia CPU. 
70 
3.3.4.2 Dispositivos periféricos 
El autómata programable, en la mayoría de los casos, puede ser ampliable. Las ampliaciones 
abarcan un gran abanico de posibilidades, que van desde las redes internas (LAN, etc.), módulos 
auxiliares de E/S, memoria adicional... hasta la conexión con otros autómatas del mismo modelo. 
 
Figura 3:7 Ejemplode Dispositivos periféricos 
Cada fabricante facilita las posibilidades de ampliación de sus modelos, los cuales pueden variar 
incluso entre modelos de la misma serie. 
3.3.5 Ciclo de trabajo de un autómata 
El autómata va a ejecutar nuestro programa de usuario en un tiempo determinado, el cual va a 
depender sobre todo de la longitud del programa. Esto es debido a que cada instrucción tarda un 
tiempo determinado en ejecutarse, por lo que en procesos rápidos será un factor crítico. 
En un sistema de control mediante autómata programable tendremos los siguientes tiempos: 
Retardo de entrada. 
Vigilancia y exploración de las entradas. 
Ejecución del programa de usuario. 
Transmisión de las salidas. 
Retardo en salidas. 
Los puntos 2,3 y 4 sumados dan como total el tiempo de ciclo del autómata. Tras este ciclo es 
cuando se modifican las salidas, por lo que si varían durante la ejecución del programa tomarán 
como valor el último que se haya asignado. 
Esto es así debido a que no se manejan directamente las entradas y las salidas, sino una imagen 
en memoria de las mismas que se adquiere al comienzo del ciclo (2) y se modifica al final de éste 
(retardo). 
En la etapa de vigilancia (watchdog) se comprueba si se sobrepasó el tiempo máximo de ciclo, 
activándose en caso afirmativo la señal de error correspondiente. 
3.4 Estructura Interna del PLC 
A continuación se describe de forma abreviada la estructura interna de los Autómatas 
Programables (PLC). 
3.4.1 Entradas y salidas 
Salvo excepciones y ampliaciones, los autómatas presentab 8 entradas (E) normales de 1bit: 
E32.0 ... E32.7 y 2 entradas especiales de 1bit: E33.0 y E33.1. Estas últimas tienen la 
peculiaridad de funcionar como entradas digitales o como entrada de alarma (E33.0) y entrada 
rápida (E33.1). 
Hay 6 salidas (A), de 1bit cada una: A32.0 ... A32.5 
71 
3.4.2 Marcas de memoria 
También son denominadas como variables de memoria. Son de propósito general, es decir, 
podremos emplearlas en lo que deseemos. Se distinguen dos tipos de marcas de memoria: 
Remanentes: Estas marcas permanecerán en memoria aunque apaguemos el autómata. En total 
hay 64 bytes de memoria para estas marcas, por lo que tendremos 512 marcas remanentes de 1 bit 
cada una: M0.0 ... M63.7. 
No remanentes: Estas marcas se borrarán en cuanto apaguemos el autómata. También tenemos 64 
bytes destinados a estas marcas, por lo que tendremos 512 marcas no remanentes de 1 bit cada 
una: M64.0 ... M127.7. 
Hay que destacar que las marcas se ponen a cero cada vez que reseteamos el autómata. Esta 
característica nos puede ser de mucha utilidad en algunos casos. 
3.4.3 Registros y acumuladores 
Todas las operaciones que hagamos con las entradas y las salidas se deben efectuar en algún sitio. 
Para ello, se definen: 
Registro de estado (VKE): Su tamaño es de 1 bit. Aquí es donde efectuaremos las instrucciones 
combinacionales, la carga de entradas y la asignación de salidas a nivel de bit. 
Acumuladores (AKKU1 y AKKU2): Sus tamaños son de 16 bits cada uno. Cada vez que 
carguemos un dato en los acumuladores se seguirá la siguiente secuencia: 
Contenido de AKKU2 ===> Se pierde el contenido 
Contenido de AKKU1 ===> AKKU2 
DATO ===> AKKU1 
A su vez, cuando realicemos una operación entre AKKU's (como suma o resta) el resultado se 
introducirá en el AKKU1, perdiéndose el valor antes allí contenido. 
3.4.4 Temporizadores y contadores 
Varían en función de marcas y modelos, pero los más usados suelen incorporar 32 
temporizadores: T0 ... T31 y 32 contadores: Z0 ... Z31 
De los 32 contadores, 8 no se borran al desconectar el autómata (son remanentes), dichos 
contadores son Z0 a Z7. Para consultar el estado de cada uno de ellos podremos usarlos como si 
fueran entradas (mediante operaciones combinacionales) o introduciendo su valor en los AKKU. 
3.4.5 Constantes 
A la hora de cargar datos en acumuladores, temporizadores, registros, etc. tendremos varias 
posibilidades en la forma de introducir el dato: 
KB: 8 bits (0 a 255 en decimal). 
KC: 8 bits (2 caracteres alfanuméricos). 
KF: 16 bits (nº en coma fija, +32768 a -32768). 
KH: 16 bits (nº hexadecimal, 0000 a FFFF). 
KM: 16 bits (binario natural). 
KY: 16 bits (2 bytes, 0 a 255 en decimal cada uno). 
KT: 16 bits (valor de preselección de temporizadores, 0.0 a 999.3 en decimal). 
KZ: 16 bits (valor de preselección de contadores, 0 a 999 en decimal). 
3.4.6 Estructura del programa 
Vamos a tener dos opciones para escribir el programa: 
72 
Lineal: Se emplea un único módulo de programa (OB1). Este módulo se procesa cíclicamente, es 
decir, tras la última instrucción se volverá a ejecutar la primera. Si la tarea a controlar es simple 
esta es la mejor forma. 
Estructurada: Para el caso de tareas complejas es más conveniente dividir el programa en 
módulos. Mediante esta forma logramos un programa más claro y adquirimos la posibilidad de 
poder llamar a un módulo desde distintas partes del programa (lo que evita repetir código). 
 +-----+ 
 | | ===> +-----+ 
 | | | | 
 | | <=== +-----+ 
 | OB1 | 
 | | ===> +-----+ 
 | | | | ===> +-----+ 
 | | | | | | 
 | | | | <=== +-----+ 
 | | <=== +-----+ 
 +-----+ 
En la programación estructurada se comienza y termina en el módulo OB1, desde el cual 
saltaremos y retornaremos a los módulos que nos interesen. Por supuesto se podrá saltar desde un 
módulo a otro (anidado), siempre que no superemos los 16 niveles de salto que permite como 
máximo el autómata. Otras limitaciones son: 
El salto de un módulo a otro debe ser siempre hacia adelante (ej. Se podrá saltar de PB1 a PB2, 
pero no a la inversa). 
No se pueden dar dos saltos a un mismo módulo desde el módulo actual. (ej. No se podrá saltar 
dos veces a PB3 desde PB2, pero si puede saltarse a PB3 desde distintos módulos). 
Tanto en la programación lineal como en la estructurada los módulos acabarán mediante la 
instrucción BE. 
La memoria del autómata S5-90U está limitada a 2K bytes. Cada instrucción ocupa generalmente 
2 bytes, por lo que dispondremos de 1000 lineas de programa aproximadamente. 
3.4.7 Tipos de módulos 
Generalmente, existen cuatro tipos de módulos en cualquier autómata programable: 
Módulos de organización (OB): Son los que gestionan el programa de usuario. Numerados OB1, 
OB3, OB21 y OB22. 
Destacar el OB1, que es el módulo del programa principal, el OB3, que es el que contiene el 
programa controlado por alarma, y el OB13, que es el módulo para programas controlados por 
tiempo. El OB22 es empleado por el sistema operativo. 
Módulos de programa (PB): Son los que incluyen el programa de usuario dividido, normalmente, 
según aspectos funcionales o tecnológicos. PB0 ... PB63 
Módulos funcionales (FB): Son módulos de programa especiales. Aquí se introducen las partes 
de programa que aparecen con frecuencia o poseen gran complejidad. Poseen un juego de 
instrucciones ampliado. FB0 ... FB63 
Módulos de datos (DB): En ellos se almacenan datos para la ejecución del programa, como 
valores reales, textos, etc. Adoptan los valores: DB0 ... DB63 
Los módulos DB1 y DB2 se emplean para definir las condiciones internas del autómata, por lo 
que no deben emplearse. 
256 palabras de datos. Para emplear un módulo de datos es necesario activarlo previamente 
(como se verá más adelante). 
73 
La mayor ventaja que aportan es la facilidad para variar el proceso que controlan, ya que basta 
con cambiar el programa introducido en el autómata (en la mayoría de los casos). Otra ventaja es 
que el autómata también nos permite saber el estado del proceso, incluyendo la adquisición de 
datos para un posterior estudio. 
3.5 Lenguajes de programación 
Cuando surgieron los autómatas programables, lo hicieroncon la necesidad de sustituir a los 
enormes cuadros de maniobra construidos con contactores y relés. Por lo tanto, la comunicación 
hombre-maquina debería ser similar a la utilizada hasta ese momento. El lenguaje usado, debería 
ser interpretado, con facilidad, por los mismos técnicos electricistas que anteriormente estaban en 
contacto con la instalación. Estos lenguajes han evolucionado, en los últimos tiempos, de tal 
forma que algunos de ellos ya no tienen nada que ver con el típico plano eléctrico a relés. 
Los lenguajes más significativos son: 
3.5.1 Lenguaje a contactos: LD ó KOP 
Es el que más similitudes tiene con el utilizado por un electricista al elaborar cuadros de 
automatismos. Muchos autómatas incluyen módulos especiales de software para poder programar 
gráficamente de esta forma. 
 
Figura 3:8 Ejemplo de un programa en Diagrama de Contactos 
3.5.2 Lenguaje por Lista de Instrucciones: IL ó AWL 
En los autómatas de gama baja, es el único modo de programación. Consiste en elaborar una lista 
de instrucciones o nemónicos que se asocian a los símbolos y su combinación en un circuito 
eléctrico a contactos. También decir, que este tipo de lenguaje es, en algunos los casos, la forma 
más rápida de programación e incluso la más potente. 
74 
 
Figura 3:9 Ejemplo de un programa en Lista de Instrucciones 
3.5.3 GRAFCET 
Es el llamado Gráfico de Orden Etapa Transición. Ha sido especialmente diseñado para resolver 
problemas de automatismos secuenciales. Las acciones son asociadas a las etapas y las 
condiciones a cumplir a las transiciones. Este lenguaje resulta enormemente sencillo de 
interpretar por operarios sin conocimientos de automatismos eléctricos. 
Muchos de los autómatas que existen en el mercado permiten la programación en GRAFCET, 
tanto en modo gráfico o como por lista de instrucciones. 
También podemos utilizarlo para resolver problemas de automatización de forma teórica y 
posteriormente convertirlo a plano de contactos. 
 
Figura 3:10 Ejemplo de un programa en GRAFCET 
3.5.4 PLANO DE FUNCIONES: FBD 
El plano de funciones lógicas, resulta especialmente cómodo de utilizar, a técnicos habituados a 
trabajar con circuitos de puertas lógicas, ya que la simbología usada en ambos es equivalente. 
75 
 
Figura 3:11Ejemplo de Bloques de Funciones 
3.6 Estándar IEC1131-3 
La incremente complejidad en la programación de los autómatas programables requiere más que 
nunca de la estandarización de la misma. Bajo la dirección del IEC el estándar IEC 1131-3 (IEC 
65) para la programación de PLC's ha sido definida. Alcanzó el estado de Estándar Internacional 
en Agosto de 1992. Los lenguajes gráficos y textuales definidos en el estándar son una fuerte 
base para entornos de programación potentes en PLC's. Con la idea de hacer el estándar adecuado 
para un gran abanico de aplicaciones, cinco lenguajes han sido definidos en total: 
Gráfico secuencial de funciones (grafcet) 
Lista de instrucciones (LDI o AWL) 
Texto estructurado 
Diagrama de flujo 
Diagrama de contactos 
3.6.1 Gráfico secuencial de funciones (grafcet) 
El gráfico secuencial de funciones (SFC o Grafcet) es un lenguaje gráfico que proporciona una 
representación en forma de diagrama de las secuencias del programa. Soporta selecciones 
alternativas de secuencia y secuencias paralelas. Los elementos básicos son pasos y transiciones. 
Los pasos consisten de piezas de programa que son inhibidas hasta que una condición 
especificada por las transisciones es conocida. Como consecuencia de que las aplicaciones 
industriales funcionan en forma de pasos, el SFC es la forma lógica de especificar y programar el 
más alto nivel de un programa para PLC. 
3.6.2 Lista de instrucciones 
La lista de instrucciones (IL o AWL) es un lenguaje de bajo nivel, similar al lenguaje 
ensamblador. Con IL solo una operación es permitida por línea (ej. almacenar un valor en un 
registro). Este lenguaje es adecuado para pequeñas aplicaciones y para optimizar partes de una 
aplicación. 
3.6.3 Texto estructurado 
El texto estructurado (structured text o ST) es un lenguaje de alto nivel estructurado por bloques 
que posee una sintaxis parecida al PASCAL. El ST puede ser empleado para realizar rápidamente 
76 
sentencias complejas que manejen variables con un amplio rango de diferentes tipos de datos, 
incluyendo valores analógicos y digitales. También se especifica tipos de datos para el manejo de 
horas, fechas y temporizaciones, algo importante en procesos industriales. El lenguaje posee 
soporte para bucles iterantes como REPEAR UNTIL, ejecuciones condicionales empleando 
sentencias IF-THEN-ELSE y funciones como SQRT() y SIN(). 
3.6.4 Diagrama de contactos 
El diagrama de contactos (ladder diagram LD) es un lenguaje que utiliza un juego estandarizado 
de símbolos de programación. En el estándar IEC los símbolos han sido racionalizados (se ha 
reducido su número). 
3.6.5 Diagrama de funciones 
El diagrama de funciones (function block diagram o FBD) es un lenguaje gráfico que permite 
programar elementos que aparecen como bloques para ser cableados entre si de forma análoga al 
esquema de un circuito. FBD es adecuado para muchas aplicaciones que involucren el flujo de 
información o datos entre componentes de control. 
3.6.6 Organización de tareas 
El estándar también define una nueva arquitectura para la organización e interacción de tareas 
con PLC's. Una tarea controla la ejecución de un programa ejecutandolo periódicamente o en 
respuesta a un específico evento. Para optimizar los recursos del controlador, una aplicación 
puede ser fragmentada en un número de pequeños programas concretos. Cada programa está bajo 
el control de una tarea que se ejecuta a la velocidad que requiera la E/S asociada. 
3.6.7 Bloques de funciones 
Los bloques de funciones (FB's) son bloques estándar que ejecutan algoritmos como reguladores 
PID. El estándar IEC asegura que los FB's son definidos empleando una metodología estándar. 
Hay controles empleando parámetros externos, mientras que los algoritmos internos permanecen 
ocultos empleando Programación Orientada a Objetos. 
Toda las especificaciones de la norma IEC1131-3 pueden consultarse en la dirección 
ftp://ftp.cle.ab.com/stds/iec/sc65bwg7tf3/html/welcome.htm 
77 
3.7 Sistemas Lógicos. Álgebra de Boole 
3.7.1 Funciones generales 
Las operaciones combinacionales más 
comunes se realizan con los bloques de 
funciones básicas, conexión serie, paralelo, 
negación, etc. 
Todas las funciones AND, OR, XOR, NAND 
y NOR tienen tres entradas y una salida. 
Si deseamos realizar operaciones con más de 
tres entradas, se conectan varios bloques en 
cascada: 
 
La función inversora, NOT, tiene una entrada 
y una salida. 
Y la función OR exclusiva (XOR) posee dos 
entradas y una salida. 
3.7.2 Funciones especiales 
 
Temporizador con retardo a la conexión 
Activa la salida Q una vez que ha transcurrido el 
tiempo programado. 
Temporizador con retardo a la desconexión 
Desactiva la salida una vez transcurrido el tiempo 
programado. 
El temporizador se pone en marcha en flanco 
descendente 
Relé de impulsos 
Tiene el mismo funcionamiento que un telerruptor. 
La salida cambia de estado, de 0 a 1, cada vez que 
cambia la señal en la entrada Trg. 
Reloj 
Permite controlar los instantes de activación y 
desactivación de la salida en un día de la semana y 
a una hora determinada. 
Relé de automantenimiento 
Función biestable R-S. Permite realizar la función 
paro-marcha típica de los automatismos a 
contactores. La situación no permitida R=1 S=1 se 
soluciona dando preferencia a R. 
Generador de pulsos 
Genera pulsos de reloj a intervalos iguales. 
78 
Funcionamiento similar a un intermitente. 
Temporizador a la conexión con memoria 
De funcionamiento similar al temporizador a la 
conexión, pero con la característica que no es 
necesario mantener la señal en Trg. 
Contador progresivo/regresivo 
Permite contar y descontar los pulso aplicados a su 
entrada CNT. 
Contador de horasde servicio 
Permite medir el tiempo que está activada la 
entrada En. Esta función solamente se puede 
utilizar como bloque inicial. 
Relé de supresión 
Activa la salida hasta que haya transcurrido el 
tiempo de T. Si éste no ha terminado y Trg se pone 
a 0 la salida también lo hace. Esta función 
solamente se puede utilizar como bloque inicial. 
Conmutador de valor de umbral para 
frecuencias 
Permite contar los impulsos aplicados a su entra y 
dependiendo de éstos conmutar la salida. 
En el Logo! L con entras a 24v, la entrada I12 esta 
preparada para procesos de cómputo rápidos: máx. 
150 Hz Esta función solamente se puede utilizar 
como bloque inicial. 
 
3.8 Ejemplos de aplicación 
A continuación proponemos dos ejemplos donde se ilustra un posible uso de los Autómatas 
Programables. 
3.8.1 Control de los movimientos de subida y bajada de un ascensor 
Cada planta tiene un pulsador de llamada, que cuando es accionado, la cabina se posiciona en 
dicha planta. 
Los pulsadores del interior de la cabina, son los mismos que los que se encuentran en el exterior, 
por lo tanto no necesitan programación, ya que se conectarán en paralelo de forma cableada. 
79 
 
Leyenda: 
I1: Pulsador de llamada de la 1ª planta. 
I2: Pulsador de llamada de la 2ª planta. 
I3: Pulsador de llamada de la 3ª planta. 
I4: Final de carrera de la 1ª planta. 
I5: Final de carrera de la 2ª planta. 
I6: Final de carrera de la 3ª planta. 
Q1: Salida gobierno del contactor de subida. 
Q2: Salida gobierno del contactor de bajada. 
 
3.8.1.1 Movimientos: 
Cada uno de los movimientos está controlado por un biestable. En la entrada Set se establecen las 
condiciones de funcionamiento y en el Reset las parada. Por ejemplo: para que el ascensor suba 
desde la primera planta a la tercera, movimiento X1, será necesario que el final de carrera I4 esté 
accionado y se pulse I3 (S=I4*I3). Cuando la cabina llega arriba, el pulsador I6 es accionado 
deteniendo el movimiento. 
Todos lo movimientos de subida (X1, X2 y X3) activarán Q1 y todos lo movimientos de bajada 
(X3, X4 y X5) activarán Q2. 
En las ecuaciones de las salidas, se realizará el producto negado de la variable de salida contraria, 
para evitar cortocircuitos en el circuito de fuerza. Hay que tener en cuenta, que se gobernará un 
motor trifásico a 220v o 380v. 
80 
 .
 
3.8.1.2 .Circuito lógico: 
.
 
3.8.2 Taladro semiautomático 
Al accionar el pulsador S1 se activa la salida Q1 bajando el taladro. Un vez que la pieza es 
perforada, la salida Q2 se pone activa subiendo el taladro hasta la posición de reposo. 
El motor M2, que permite el giro del protabrocas, estará activo cuando el motor suba o baje en 
condiciones normales de funcionamiento. 
81 
El pulsador de emergencia S2 tiene como función, detener la bajada del taladro, poner en marcha 
el contactor de subida para situar la máquina en posición de reposo, y detener el motor de giro 
M2. 
Se tendrá en cuenta que el inversor que controla los movimientos de subida y bajada, gobierna un 
motor trifásico de 220v o 380v, por lo tanto es absolutamente necesario prever que las dos salidas 
que controlan estos movimientos, nunca puedan activarse a la vez. Si esto no se hace así, puede 
producirse un peligroso cortocircuito en el circuito de fuerza que controla el motor. 
 
82 
3.8.2.1 .Circuito lógico: 
. + 
3.9 Elementos del Grafcet 
A continuación se muestran los elementos básicos que componen el lenguaje de programación 
GRAFCET. 
83 
 
Figura 3:12 Elementos Básicos del GRAFCET. 
3.9.1 Etapas iniciales 
 
 
Etapa inicial sin 
retorno 
Etapa inicial con 
retorno 
Etapa inicial con retorno y 
con 
activación forzada 
Una etapa inicial se representa con un doble cuadrado. 
Las etapas iniciales de un sistema se activan al iniciar el GRAFCET. 
Una vez se han iniciado, las etapas iniciales tienen el mismo tratamiento que las otras etapas. 
Un sistema debe tener como a mínimo una etapa inicial. 
3.9.2 Etapas normales 
 
Etapa normal Etapa normal activa 
Las etapas representan los estados estables del sistema. 
Las etapas del GRAFCET se representen mediante un cuadrado numerado. 
Las etapas deben estar numeradas; aún que no necesariamente de forma correlativa. 
84 
No puede haber dos etapas con el mismo número. 
Las etapas poden estar activas o inactivas. Al representar el estado del GRAFCET en un 
momento dado, se puede indicar que una etapa está activa, con un punto de color (etapa 4). 
En las etapas, puede o no haber acciones asociadas. 
3.9.3 Acciones asociadas 
 
Etapa sin 
acción 
asociada 
Etapa con una acción 
asociada 
Hacer girar el motor a la 
derecha 
Etapa con dos acciones asociadas 
Hacer girar el motor a la derecha y hacer 
funcionar el ventilador 
Una etapa sin ninguna acción asociada (etapa 2) pude servir para hacer detener una acción mono 
estable que se realizaba en la etapa anterior, o como etapa de espera. 
Una acción asociada (etapa 3). Nos indica que al estar activa la etapa, el motor girara a la 
derecha. 
En una etapa puede haber múltiples acciones asociadas (etapa 4). Al estar la etapa 4 activa, el 
motor girara a la derecha, y al mismo tiempo el ventilador estará funcionando. 
Si en un sistema en un momento concreto solo hay una sola etapa activa, entonces, solo estarán 
funcionando las elementos activados por las acciones asociadas en esa etapa. (a no ser que en otra 
etapa se haya activado de forma bi estable otra acción) 
3.9.4 Acciones asociadas condicionadas 
 
La acción a realizar en una o más de les acciones asociadas a 
una etapa, puede estar condicionada a una función booleana 
adicional. 
En esté caso el motor girara a la derecha mientras esté activa la 
etapa 3 y además la puerta no haya llegado ya a la derecha. 
En el rectángulo donde se representa la acción asociada, hay una entrada para las condiciones. 
La norma IEC-848 propone las representaciones siguientes para las acciones asociadas 
condicionadas. 
C Acción condicionada 
D Acción retardada 
L Acción limitada en el tiempo
P Impulso 
S Acción memorizada 
3.9.4.1 Acción condicionada 
 
Supongamos un sistema en que tenemos un cuadro electrónico, 
para la regulación de unas maquinas. 
Si estando activa la etapa de espera 2, y el termostato indica un 
sobre calentamiento, el ventilador se pondrá en marcha. 
85 
 
Esta condición, la podemos representar dentro del recuadro de la 
acción, o bien fuera. 
3.9.4.2 Acción retardada 
 
El motor A es pondrá en marcha 5 segundos después de activar se 
la etapa 10; si la transición r se activa antes de ese tiempo el motor 
no llegara a ponerse en marcha. 
3.9.4.3 Acción limitada 
 
La bomba se pondrá en funcionamiento 10'' después de haberse 
activado la etapa 11, pasado este tiempo aún que no se active la 
transición s, la bomba dejará de funcionar. 
3.9.4.4 Acción de impulso 
 
Al activarse la etapa 12, se activará la electro válvula K con un 
impulso de señal. 
3.9.4.5 Acción memorizada 
 
Cuando se active la etapa 13, el motor A se pondrá en marcha de 
forma biestable (set), y al salir de la etapa, continuará funcionando 
hasta que se haga un reset a la acción. 
 
Al activarse la etapa 14, el motor A se detendrá, ya que en esa 
etapa, la acción hace un reset al funcionamiento del motor. 
3.9.5 Transiciones 
Las transiciones representan las condiciones que el sistema debe superar para poder pasar de una 
etapa a la siguiente. Al pasar una transición, el sistema deja de estar en una etapa y 
inmediatamente va a la siguiente. Validar la transición implica un cambio en las etapas activas 
del GRAFCET. 
86 
Las transiciones se representan con un pequeño 
segmento horizontal que corta la línea de enlace entre 
dos etapas. 
Son etapas de entrada a una transición, todas las etapas 
que conducen a una transición. 
Son etapas de salida a una transición, las etapas que 
salen de una transición. 
3.9.6 Receptividades asociadas a las transiciones 
La condición o condicionesque se deben superar per poder pasar una transición, reciben el 
nombre de receptividades. 
En una transición podemos tener: 
Una condición simple [Pm] 
Una función booleana [(Pm+Pk]*Pp'] 
El señal de un temporizador o contador [T03] 
En este caso, es habitual que el temporizador se haya activado a contar en la acción asociada de la 
etapa de entrada. 
La activación de otra etapa del GRAFCET [ X12 ] 
Donde X nos indica que la receptividad esta condicionada al hecho que la etapa (en este caso la 
12) esté activa. 
3.9.7 Líneas de enlace 
Las líneas de enlace son líneas verticales o horizontales, que unen con una dirección significativa 
(a no ser que se indique lo contrario de arriba a abajo), las distintas etapas con las transiciones, y 
las transiciones con las etapas. Figura 3.12 
3.10 Diseño y estructuras del Grafcet 
A continuación se muestran las reglas que se deben seguir a la hora de diseñar, estructurar y crear 
un programa en el lenguaje GRAFCET. 
87 
 
Figura 3:13 Ejemplo de Programa en GRAFCET 
3.10.1 Desarrollo del sistema 
El diagrama se dibuja con una sucesión alternada de etapas y transiciones. 
No puede haber dos etapas seguidas, ni tampoco dos transiciones seguidas 
 
Entre las etapas 200 y 201 o entre las etapas 200 y 202 hay 
dos condiciones para la transición (000 y 001 o 000 y 002). 
En este caso esto se puede resolver haciendo que la 
receptividad de la transición se cumpla si es valida la 
función And (000 * 001) o la (000 * 002) 
88 
Al superar la condición 003 de la transición, el motor debe 
girar a la derecha y también se debe accionar el ventilador. 
Para realizar esto se han de poner todas les acciones 
asociadas en la misma etapa. 
 
No puede haber dos etapas seguidas, ni tampoco dos 
transiciones seguidas. 
3.10.2 Evolución del sistema 
Para que el sistema pueda evolucionar es necesario: 
Validar la transición. Todas las etapas de entrada a la transición deben estar activas. 
Que sea cierta la receptividad asociada. Deben ser ciertas las condiciones de la transición. 
 
La primera transición se podrá validar, si la etapa 123 esta activa, y 
ademas se cumple la condición 000. En este momento deja de estar 
activa la etapa 123, y le toma el relevo la 124. 
El grafcet evolucionara a la etapa 125, si estando activa la etapa 124 se 
cumple la condición 002 y también la 005 
 
Las etapas 200 y 210 son etapas de entrada a la transición. 
Para validar la transición, deben estar activas las dos etapas. 
Para poder entrar a la etapa 220, la transición tiene que estar validada y 
se debe de cumplir la receptividad asociada (003) a la transición. 
89 
3.10.3 Secuencia única 
 
Un GRAFCET será de secuencia única, cuando en el diagrama solo 
hay una sola rama; el conjunto de etapas se irán activando una tras 
la oltra, después de validarse las recepciones asociadas a las 
transiciones. 
3.10.4 Bifurcación en O. Selección de secuencia. 
 
Habrá una selección de secuencias, cuando al 
llegar a un punto encontremos una bifurcación en 
O, En el será necesario escoger cual, de les 
distintas sucesiones de etapas y transiciones se 
debe seguir. 
No es necesario que los diferentes caminos 
tengan el mismo número de etapas; pero sí 
conviene que las receptividades asociadas a las 
transiciones, sean excluyen tes entre si. 
Giro a derecha o a izquierda de un motor. Para seleccionar el sentido de giro de un motor, 
utilizaremos la bifurcación en O. 
Un motor puede girar: 
A la derecha O a la izquierda 
90 
3.10.5 Bifurcación en Y. Trabajos en paralelo 
 
En automatismo, habrá una 
bifurcación en Y o "Trabajos 
paralelos", cuando a partir de un 
punto, debe evolucionar de forma 
simultánea por todas les ramas. Al 
final de estas, encontraremos unas 
etapas de espera. 
(108, 132, 155) 
El sistema continuara su evolución, 
cuando cada una de les ramas haya 
llegado a su etapa de espera. 
El nombre de etapas de las diferentes 
ramas puede ser distinto de una a la 
otra. 
Motores con trabajos simultáneos 
 
Dos motores MA i MB, desplazan 
unas piezas. 
Primero el motor MA va desde FcAe 
a FcAd, entonces es el MB quien lo 
hace desde FcBe hasta FcBd. 
Después los dos vuelven a las 
posiciones iniciales FcAe y FcBe. 
El ciclo se re inicia cuando los dos 
están de nuevo en las posiciones 
iniciales. 
 
 
91 
3.10.6 Saltos de etapas 
 
En un punto, puede haber una 
bifurcación que provoque un 
salto sobre un conjunto de 
etapas. Que se siga o no la 
secuencia completa o bien el 
salto, esta determinado por el 
estado de la condición a la 
transición (H). 
Hemos de tener presente que 
les condiciones de entrada o 
no, deben ser excluyen tes. 
(H y H') 
También puede realizarse el 
salto en sentido ascendente 
(en este caso lo indicaremos 
en las líneas de enlace) como 
pasa en los "bucles" 
En un tren de lavado de 
coches, si no esta activa la 
selección RBajos (Lavado a 
presión de los bajos y las 
ruedas del coche), al llegar a 
la etapa 5 el automatismo 
debe hacer un salto hasta la 
etapa 7. Por el contrario si 
esta activa esta selección, 
entrara a la etapa 6 y la 
Bomba de presión, y las 
pistolas dirigibles y el 
temporizador T04 actuaran. 
92 
3.10.7 Bucles 
 
Habrá un "bucle" o estructura repetitiva (mientras), cuando una, o un 
conjunto de etapas se repitan, varias veces, (controladas por un 
temporizador, un contador, o hasta que es cumpla una condición 
determinada). 
El ciclo de lavado de una lavadora repite varias veces esta estructura (giro a 
la derecha, espera, giro a izquierda, espera) 
3.10.8 Subrutinas 
Una subrutina es una parte de un programa que realiza una tarea concreta, a la que se puede 
invocar una o varias veces por parte del programa principal. Un vez realizadas las acciones de la 
subrutina el programa continua en el punto donde estaba. 
Los trabajos a desarrollar en un 
automatismo se pueden dividir 
entre diferentes diagramas. Puede 
haber un diagrama principal (0-5) 
y otros de secundarios (10-14)
que hacen determinadas funciones 
que una vez realizadas devuelven 
el control al diagrama principal. 
 
Al llegar a la etapa 2 o 4 del 
primer diagrama se valida la 
transición X2+X4 y empieza la 
subrutina. Al llegar a la etapa 14 
se valida la transición X14 y 
continua la evolución del 
93 
diagrama principal a las etapas 3 
o 5 respectivamente. 
3.10.9 Macro-etapas 
Al hacer la descripción del automatismo, el Grafcet permite empezar desde un punto de vista 
muy general y a partir de él hacer descripciones cada vez más concretas del proceso de control. 
El diseño se realiza de forma descendente, en grandes bloques que es van resolviendo de forma 
modular. 
Una Macro-etapa es la representación mediante una única etapa, de un conjunto de etapas, 
transiciones y acciones asociadas, a las que llamamos expansión de la macro-etapa. 
La expansión de la macro-etapa, es en realidad una parte del diagrama del Grafcet, con sus 
etapas, transiciones y normas de evolución, pero que en un diseño descendiente hemos englobado 
en una macro-etapa. 
Podríamos decir que al hacer la expansión de la macro etapa, en realidad lo que hacemos es una 
especie de zoom, que nos enseña en detalle, etapas, transiciones y acciones concretas, a las que 
antes nos hemos referido de forma general. 
El diagrama principal evoluciona a partir de la etapa 0 i la 
transición a, una vez esta activa la etapa 1, la transición b 
estará receptiva, y al validarse, entraremos a la macro 
etapa M2, la etapa E2 estará activa, y según el estado de 
la transición d, evolucionara hacia la etapa 10 o la 12, y 
al llegar a la etapa S2 volverá al diagrama principal. 
La etapa E2 es la etapa de entrada a la macro 2, la etapa 
S2, es la etapa de salida de la macro 2. 
3.10.10Diagramas paralelos 
Para resolver un automatismo, se pueden describir diferentes diagramas paralelos, que 
evolucionaran cada uno de ellos por separado y a su ritmo. Estos, pueden tener en varios puntos 
relación entre sí. 
94 
 
Figura 3:14 Ejemplode Diagramas Paralelos 
 
95 
4 CAPÍTULO 4: SISTEMAS DIGITALES 
El objetivo principal de la automatización industrial consiste en gobernar la actividad y la 
evolución de los procesos sin la intervención continua de un operador humano. 
En los últimos años, se ha estado desarrollado un sistema, denominado SCADA (Supervisory 
Control and Data Adquisition), el cuál permite supervisar y controlar, las distintas variables que 
se encuentran en un proceso o planta determinada. Para ello se deben utilizar distintos periféricos, 
softwares de aplicación, unidades remotas, sistemas de comunicación, etc., los cuales permiten al 
operador mediante la visualización en una pantalla de computador, tener el completo acceso al 
proceso. 
Existen como sabemos varios sistemas que permiten controlar y supervisar, como lo son: PLC, 
(Controladores Lógicos Programables) DCS (Sistemas de Control Distribuido) y ahora SCADA, 
que se pueden integrar y comunicar entre sí, mediante una red Ethernet, y así mejorar en tiempo 
real, la interfaz al operador. 
Ahora no sólo se puede supervisar el proceso, sino además tener acceso al historial de las alarmas 
y variables de control con mayor claridad, combinar bases de datos relacionadas, presentar en un 
simple computador, por ejemplo, una plantilla Excel, documento Word, todo en ambiente 
Windows, siendo así todo el sistema más amigable. 
4.1 Sistemas Digitales en la Automatización Industrial. Pirámide de Control. 
En este tema precisaremos las funciones tan importantes que está realizando la computadora en el 
contexto de la Automatización Industrial. En el inicio de este siglo XXI existe un debate 
permanente sobre la posición que asume o podrá asumir el control basado en computadoras. 
Algunos permanecen reticentes porque le atribuyen menor fiabilidad, seguridad o robustez 
tecnológica a la PC en ambientes de procesos industriales agresivos. Se trata de usar el PC no 
solamente como interfase hombre máquina o como herramienta de programación sino para las 
tareas de control. 
En la Revista Española de Automática e Instrumentación No. 284 de 1998 se presentaban las 
previsiones del software de control basado en PC, dado el auge del incremento de su demanda y 
por las peculiaridades de sistemas de control abiertos que permite. Se asevera que el software de 
interfase hombre-máquina es el elemento clave en los sistemas de control actuales. 
A continuación reproducimos sus dos diagramas de predicciones y revisamos cuál es la base 
teórica que sustenta el importante papel que desempeña en estos momentos la PC en este 
contexto. 
4.1.1 La computadora como herramienta. 
La computadora tiene una versatilidad impresionante en el contexto de la automatización 
industrial y en particular es una herramienta de uso extendido en el análisis, diseño y síntesis de 
sistemas de control. 
Por análisis de un sistema de control se entiende la investigación, bajo condiciones especificadas, 
del comportamiento de un sistema cuyo modelo matemático se conoce. El análisis implica la 
existencia de un modelo matemático, tema que ya fue tratado en el tema de modelado y 
simulación, y revisado previamente en estos apuntes. 
De aquí podemos extraer el primer uso de la PC como herramienta y es en la simulación a través 
de algoritmos numéricos matemáticos del modelo del proceso para validar el mismo. 
96 
Otro uso está en el propio análisis, una vez validado el modelo, de las respuestas de este ante 
experimentación y aplicación de diferentes señales para analizar el comportamiento del proceso 
en estados transitorios y estacionarios en función de los algoritmos de control que se prueben. 
El diseño y la síntesis del controlador, fases siguientes al análisis son un proceso repetitivo de 
tanteo en el que se prueba, vía simulación en la PC, hasta encontrar el controlador que satisfaga el 
índice de comportamiento que se prefije. 
De la misma manera que en el resto de tareas en el que se emplea la PC en Ofimática se usa en el 
área de Automatización Industrial y es para realizar análisis estadísticos, elaboración de informes 
o reportes de los sistemas de control. Existen sistemas de gestión de calidad que verifican los 
requerimientos de las piezas, partes o productos que está generando la fábrica automatizada antes 
de salir al mercado. 
4.1.2 La computadora como controlador. 
4.1.2.1 Contexto histórico de la PC control de procesos 
En el campo del control de procesos se observa como los primeros dispositivos de control fueron 
mecánicos. Posteriormente aparecieron los primeros reguladores neumáticos implementando los 
controladores PID. 
En la década del 30 los reguladores neumáticos son de tipo transmisor y las variables medidas se 
convierten en señales neumáticas que se transmiten a una sala de control. 
En las décadas 50-60 aparecen los reguladores electrónicos con la ventaja de disponer de 
sensores eléctricos (mayor precisión, se sustituyen las tuberías por cables, se eliminan los 
retardos de tiempo). 
En la década del 70 irrumpe el PLC (control lógico programable), aparecen los 
microprocesadores provocando que los reguladores pasen de la electrónica analógica a la digital y 
la informática, las operaciones y los algoritmos se implementan por software. 
La primera computadora industrial que se empleó como monitor de planta aparece en 1958 en la 
compañía Lousiana Power and Light y la primera computadora de control industrial en lazo 
cerrado se atribuye a una aplicación en 1959 en una refinería de petróleo en Texas. 
4.1.2.2 Funciones de la computadora en el control de procesos 
Desde que se incorporó la computadora al control de procesos se ha visto desempeñando 
diferentes funciones, las cuales abordaremos a continuación: 
4.1.2.3 Computadora en control digital directo (DDC) 
Como computadora en control digital directo (DDC) la computadora calcula la ley de control 
sustituyendo a los reguladores analógicos. La PC está en lo que se llama nivel de campo o planta 
por su intercambio directo con los elementos de medición y acción final dentro del lazo de 
control. 
Esta sustitución involucra los siguientes pasos: 
Medir la variable analógica con un sensor, y convertir en una señal de corriente continua (4-20 
mA, 0-5 V, 0-10 V). 
Conexión con el ordenador a través de un periférico (tarjeta de adquisición de datos) que 
convierte la señal continúa en bits para que puedan ser leídos por el ordenador (conversión A/D). 
El ordenador calcula la señal de control aplicando la ley de control a través de una fórmula 
matemática y la envía al periférico. 
97 
Acondicionar la señal calculada por el ordenador en una señal de corriente continua (convertidor 
D/A) y enviarla al actuador. 
La PC en el control digital directo realiza las siguientes funciones: 
1. Convertir los datos en unidades de ingeniería (ajustes) 
2. Presentar los datos por pantalla 
3. Calcular las señales de control 
4. Permitir cambios al operario sobre la referencia, los parámetros del controlador, paso de 
automático-manual, etc. (Buena interfase hombre-máquina). 
5. Emitir informes 
Para esto es necesario escribir un programa que permita realizar todas estas funciones (Programa 
de Control) que se ejecuta continuamente => programa en tiempo real. Sobre el tiempo real 
profundizaremos en otro epígrafe. 
Un sistema de control digital directo presenta ventajas y desventajas sobre el control analógico. 
Las ventajas están dadas por: 
Coste 
Funcionamiento: sustituye y mejora la instrumentación. 
Regulación más precisa: posibilidad de implementar nuevos controladores (PID, avanzados, 
cascada,....) 
Capacidad de crecimiento y flexibilidad del sistema. 
Almacenamiento de datos. Estadísticas. 
Programas CAD para entrenamiento, simulación, diseño,... 
La principal desventaja radica en la implementación del algoritmo de control desde el punto de 
vista informático. 
Un caso muy particular y general del control digital directo puede ser la computadora de control 
centralizado, en la que a la PC se encomienda todas lasfunciones de control de la planta. 
4.1.2.4 Computadora de vigilancia 
Como computadora de vigilancia o monitorización, se mantienen otros controladores en los 
niveles de campo (electrónicos y neumáticos) y la PC se sitúa en un nivel superior donde realiza 
las siguientes tareas: 
Recoge y almacena la información que llega de los sensores y actuadores de la planta o de otros 
controladores del nivel inferior. 
Trata la información para calcular índices, inferir variables no medibles, comparar los datos con 
un umbral para disparar alarmas, etc. 
4.1.2.5 Computadora de supervisión 
Como computadora de control supervisor se encuentra en un nivel superior al de campo o planta 
e interviene en el lazo de control fijando las referencias de los controladores analógicos. Esto 
permite la optimización del punto de operación. Permite dar el estado de operación de la planta, 
tratar las alarmas, capturar, almacenar y recuperar datos. 
4.1.3 Sistemas de Control Distribuido 
Como control distribuido se emplean sistemas basados en PC, autómatas o controladores de 
propósito específico para el control local de unos pocos lazos y enlazar todo ello mediante un 
sistema de comunicaciones al que se conectan también las consolas de operario. 
98 
 
Figura 4. 1: Esquema de un sistema de Control Distribuido 
Los sistemas de control distribuido (SDC) han de cubrir los dos primeros niveles de la estructura 
de control jerárquico que se verá a continuación y posibilitar la conexión con computadoras que 
se encarguen de realizar el control en los niveles superiores. 
Entre las tareas de un SDC se pueden encontrar: 
Operación de la planta en régimen normal. 
Control de cada unidad de la planta, adquisición de datos, control de las variables del proceso. 
Control supervisor. 
Supervisión de funcionamiento y gestión de emergencias. 
Vigilancia y evolución de las variables, autocomprobación, informe al operador, reconfiguración 
automática y acciones de seguridad 
Configuración y modificación del control. 
Programación del sistema, análisis de datos, simulación. 
Entre las ventajas de un sistema de control distribuido se encuentran: 
Expansionabilidad y escalabilidad => sistema modular 
Capacidad de control: tiene las ventajas del control digital directo 
La capacidad aumenta al compartir las tareas los diferentes controladores 
No hay un único punto de fallo: redundancia tanto en los controladores como en el sistema de 
comunicación 
Costes de instalación: se reduce el cableado. 
Buenas interfases hombre-máquina. 
Entre sus desventajas: 
Retardo inherente al sistema de comunicaciones 
Complejidad. 
Control jerárquico 
El estado final y deseable de una instalación industrial ha de ser la instalación de un sistema de 
control global de una factoría mediante computadoras organizadas por niveles en una estructura 
jerárquica. 
La división se hace en términos de tiempo de respuesta. En el fondo de la pirámide se requiere 
respuesta rápida (ms), a medida que se asciende se incrementa la complejidad de los cálculos y el 
tiempo de respuesta. 
 
99 
 
Figura 4. 2: Pirámide de Control 
Nivel 1: Nivel de Campo => adquisición, chequeo y acondicionamiento de los datos, control de 
lazos, monitorización. 
Nivel 2: Supervisión => Determinar las condiciones óptimas de trabajo de la planta y generación 
de puntos de consigna, gestión y corrección de alarmas, etc. 
Nivel 3: Coordinación de área => control y organización de la producción de un área 
Nivel 4: Gestión => información y gestión de todas las áreas y planifica la producción del 
conjunto de la factoría con la consiguiente distribución de recursos, en función del inventario, 
restricciones de energía, etc. 
Nivel 5: Planificación => establece los planes de producción y la política de fabricación de una 
empresa a partir de los pedidos del cliente, recursos, costes y mercado existente que suele ser 
cambiante. 
4.2 Sistemas de tiempo real. 
El concepto de “tiempo real” no está sujeto a una única definición universal sino que tiene que 
ser especificado en función de toda una serie de parámetros, muchos de los cuales están en 
función de la aplicación que impone las restricciones temporales. Una definición generalmente 
aceptada, de sistema de tiempo real es: 
 “Un sistema de tiempo real es aquel que para funcionar correctamente depende no sólo de los 
resultados adecuados del procesamiento, sino también de que estos resultados se produzcan a 
tiempo.” 
En la misma línea, una definición más detallada es la siguiente: 
 “Un sistema informático de tiempo real es aquel en el que el comienzo y la finalización de 
actividades debe cumplir restricciones temporales específicas lo cual implica asociar valores 
dependientes del tiempo a la finalización de las actividades. El comportamiento del sistema se 
determina mediante algoritmos diseñados para maximizar el valor de una función que depende 
globalmente del tiempo.” 
Conviene recalcar que tiempo real y procesamiento rápido no es lo mismo. El objetivo del 
procesamiento rápido es minimizar el tiempo medio de respuesta de un conjunto de tareas, 
mientras que el objetivo del procesamiento en tiempo real es respetar los requisitos temporales 
individuales de cada tarea o proceso. El principal problema de los entornos tiempo real es la 
predecibilidad, no la velocidad. 
100 
Dependiendo de que las restricciones temporales impuestas sean o no, de imperativo 
cumplimiento se distingue entre sistemas de tiempo real hard y soft, dicotomía radical que ha 
comenzado a ser cuestionada desde hace algunos años. 
Sistema de tiempo real soft: Aplicación en la que es tolerable un cierto nivel de pérdida cuya 
consecuencia se manifiesta como una degradación en las prestaciones del sistema y que sólo si la 
pérdida es continua puede llegar a provocar situaciones inaceptables. Un requisito de prestaciones 
típico en estos entornos es un tiempo de respuesta de 1 segundo para al menos el 95 % de las 
transacciones. 
Sistemas de tiempo real hard: La consecuencia de no cumplir una restricción temporal afecta 
gravemente al funcionamiento del sistema e incluso puede ser catastrófica. A estos sistemas se les 
suele denominar safety critical. 
La imposición de restricciones temporales a los tiempos de entrega de los mensajes 
intercambiados es una consecuencia directa de la existencia en el sistema de aplicaciones con 
restricciones de tiempo real. Uno de los primeros aspectos a considerar es como especificar 
dichas restricciones. 
De forma global podemos afirmar que el sistema de comunicaciones debe proporcionar retardos 
de entrega acotados a las unidades de información intercambiadas entre aplicaciones. Si este 
retardo no está acotado, la red puede entregar mensajes con un retardo que, o bien hace imposible 
el cumplimiento de las restricciones por parte de la tarea receptora, o bien, hace que los datos ya 
no sean útiles para la aplicación, por ejemplo, valores medidos del proceso en un cierto instante. 
Si relacionamos y clasificamos los requerimientos de tiempo real con el rol de la PC en los 
sistemas revisados en el epígrafe anterior podemos aseverar que mientras más cercano estemos a 
la base de la pirámide de control jerárquico los requisitos de tiempo real hard son más estrictos 
mientras que si vamos subiendo de nivel nos movemos hacia sistemas de tiempo real soft. 
En los sistemas operativos de tiempo real el tratamiento de un evento se debe realizar en el 
momento en que estos ocurren, lo que dificulta bastante la confección de este tipo de sistemas. 
Sin embargo, el hecho de no contar con un sistema operativo de tiempo real no significa que no 
podamos hacer una aplicación en ¨tiempo real¨ entendiéndose en este caso el tiempo real como la 
capacidad del sistema de dar respuesta a un evento dentro de una ventana de tiempo, que se 
calcula en dependencia de la aplicación. De esta manera podemos encontrarnos en muchas 
aplicaciones informáticas sistemas que procesan información en ese ¨tiempo real¨ y que están 
soportadas sobre Windowsque como se conoce, no es un sistema de tiempo real en el sentido 
estricto de la palabra. 
4.3 Sistemas SCADA 
El nombre SCADA significa: (Supervisory Control And Data Adquisition, Control Supervisor y 
Adquisición de datos) . 
Un sistema SCADA es una aplicación o conjunto de aplicaciones software especialmente 
diseñada para funcionar sobre ordenadores de control de producción, con acceso a la planta 
mediante la comunicación digital con los instrumentos y actuadores, e interfaz gráfica de alto 
nivel con el usuario (pantallas táctiles, ratones o cursores, lápices ópticos , etc.. ). Aunque 
inicialmente solo era un programa que permitía la supervisión y adquisición de datos en procesos 
de control, en los últimos tiempos han ido surgiendo una serie de productos hardware y buses 
especialmente diseñados o adaptados para éste tipo de sistemas. 
El sistema permite comunicarse con los dispositivos de campo (controladores autónomos, 
autómatas programables, sistemas de dosificación, etc.) para controlar el proceso en forma 
automática desde la pantalla del ordenador, que es configurada por el usuario y puede ser 
101 
modificada con facilidad. Además, provee de toda la información que se genera en el proceso 
productivo a diversos usuarios. 
Los sistemas SCADA se utilizan en el control de oleoductos, sistemas de transmisión de energía 
eléctrica, yacimientos de gas y petróleo, redes de distribución de gas natural, subterráneos, 
generación energética (convencional y nuclear), etc. 
4.3.1 Características de un sistema SCADA 
Los sistemas SCADA, en su función de sistemas de control, dan una nueva característica de 
automatización que realmente pocos sistemas ofrecen: la de supervisión. Es bueno aclarar que 
existe una diferencia entre monitorización y supervisión, un sistema de monitoreo es aquel en el 
que se muestra toda la información del proceso pero no ofrece la posibilidad de efectuar acción 
sobre el mismo, mientras que un sistema de supervisión si es capas de efectuar acciones sobre el 
proceso en cuestión. 
Sistemas de control hay muchos y muy variados y todos, bien aplicados, ofrecen soluciones 
óptimas en entornos industriales. Lo que hace de los sistemas SCADA una herramienta 
diferenciativa es la característica de control supervisado. De hecho, la parte de control viene 
definida y supeditada, por el proceso a controlar, y en última instancia, por el hardware e 
instrumental de control (PLCs, controladores lógicos, armarios de control...) o los algoritmos 
lógicos de control aplicados sobre la planta los cuales pueden existir previamente a la 
implantación del sistema SCADA, el cual se instalará sobre y en función de estos sistemas de 
control. 
En consecuencia, supervisamos el control de la planta y no solamente monitorizamos las 
variables que en un momento determinado están actuando sobre la planta; esto es, podemos 
actuar y variar las variables de control en tiempo real, algo que pocos sistemas permiten con la 
facilidad intuitiva que dan los sistemas SCADA. 
Se puede definir la palabra supervisar como ejercer la inspección superior en determinados 
casos, ver con atención o cuidado y someter una cosa a un nuevo examen para corregirla o 
repararla permitiendo una acción sobre la cosa supervisada. La labor del supervisor representa 
una tarea delicada y esencial desde el punto de vista normativo y operativo; de ésta acción 
depende en gran medida garantizar la calidad y eficiencia del proceso que se desarrolla. En el 
supervisor descansa la responsabilidad de orientar o corregir las acciones que se desarrollan. Por 
lo tanto tenemos una toma de decisiones sobre las acciones de control por parte del supervisor, 
que en el caso de los sistemas SCADA, estas recaen sobre el operario. 
Esto diferencia notablemente los sistemas SCADA de los sistemas clásicos de automatización 
donde las variables de control están distribuidas sobre los controladores electrónicos de la planta 
y dificulta mucho una variación en el proceso de control, ya que estos sistemas una vez 
implementados no permiten un control a tiempo real óptimo. La función de monitorización de 
estos sistemas se realiza sobre un PC industrial ofreciendo una visión de los parámetros de 
control sobre la pantalla de ordenador, lo que se denomina un HMI (Human Machine Interface) 
Es decir, los sistemas de automatización de interfaz gráfica tipo HMI básicos, ofrecen una gestión 
de alarmas en formato rudimentarias mediante las cuales la única opción que le queda al operario 
es realizar una parada de emergencia, reparar o compensar la anomalía y realizar un reset. En los 
sistemas SCADA, se utiliza un HMI interactivo el cual permite detectar alarmas y a través de la 
pantalla solucionar el problema mediante las acciones adecuadas en tiempo real. Esto otorga una 
gran flexibilidad a los sistemas SCADA. En definitiva, el modo supervisor del HMI de un 
sistema SCADA no solamente señala los problemas, sino lo más importante, orienta en los 
procedimientos para solucionarlos. 
102 
A menudo, las palabras SCADA y HMI inducen cierta confusión (frecuentemente alentada por 
los mismos fabricantes en su afán de diferenciar el producto o exaltar comercialmente el mismo). 
Cierto es que todos los sistemas SCADA ofrecen una interfaz gráfica PC-Operario tipo HMI, 
pero no todos los sistemas de automatización que tienen HMI son SCADA. La diferencia radica 
en la función de supervisión que pueden realizar estos últimos a través del HMI. 
• Adquisición y almacenado de datos, para recoger, procesar y almacenar la 
información recibida, en forma continua y confiable. 
• Representación gráfica y animada de variables de proceso y monitorización de 
éstas por medio de alarmas 
• Ejecutar acciones de control, para modificar la evolución del proceso, actuando bien sobre 
los reguladores autónomos básicos (consignas, alarmas, menús, etc.) bien directamente sobre 
el proceso mediante las salidas conectadas. 
• Arquitectura abierta y flexible con capacidad de ampliación y adaptación 
• Conectividad con otras aplicaciones y bases de datos, locales o distribuidas en redes de 
comunicación 
• Supervisión, para observar desde un monitor la evolución de las variables de control. 
• Transmisión, de información con dispositivos de campo y otros PC. 
• Base de datos, gestión de datos con bajos tiempos de acceso. Suele utilizar ODBC. 
• Presentación, representación gráfica de los datos. Interfaz del Operador o HMI (Human 
Machine Interface). 
• Explotación de los datos adquiridos para gestión de la calidad, control estadístico, gestión 
de la producción y gestión administrativa y financiera. 
• Alertar al operador de cambios detectados en la planta, tanto aquellos que no se consideren 
normales (alarmas) como cambios que se produzcan en la operación diaria de la planta 
(eventos). Estos cambios son almacenados en el sistema para su posterior análisis. 
4.3.2 Prestaciones 
Las prestaciones que puede ofrecernos un sistema SCADAs eran impensables hace una década y 
son las siguientes: 
• Posibilidad de crear paneles de alarma, que exigen la presencia del ordenador para reconocer 
una parada o situación de alarma, con registro de incidencias. 
• Generación de históricos de señal de planta, que pueden ser volcados para su proceso sobre 
una hoja de cálculo. 
• Creación de informes, avisos y documentación en general. 
• Ejecución de programas, que modifican la ley de control, o incluso el programa total sobre el 
autómata (bajo ciertas condiciones). 
• Posibilidad de programación numérica, que permite realizar cálculos aritméticos de elevada 
resolución sobre la CPU del ordenador, y no sobre la del autómata, menos especializado, etc. 
Con ellas, se pueden desarrollar aplicaciones basadas en el PC, con captura de datos, análisis de 
señales, presentaciones en pantalla, envío de resultados a disco o impresora, control de 
actuadores, etc. 
4.3.3 Requisitos 
Estos son algunos de los requisitosque debe cumplir un sistema SCADA para sacarle el máximo 
provecho: 
103 
• Deben ser sistemas de arquitecturas abiertas, capaces de crecer o adaptarse según las 
necesidades cambiantes de la empresa. 
• Deben comunicarse con total facilidad y de forma transparente para el usuario con el equipo 
de planta ("drivers") y con el resto de la empresa (acceso a redes locales y de gestión). 
• Los programas deberán ser sencillos de instalar, sin excesivas exigencias, y fáciles de 
utilizar, con interfaces amables con el usuario (sonido, imágenes, pantallas táctiles, etc.). 
4.3.4 Componentes De Hardware. 
Un sistema SCADA, como aplicación de software industrial específica, necesita ciertos 
componentes inherentes de hardware en su sistema, para poder tratar y gestionar la información 
captada. 
 
Figura 4. 3: Estructura Básica de un sistema SCADA a nivel hardware 
Ordenador Central o MTU (Master Terminal Unif): Se trata del ordenador principal del 
sistema el cual supervisa y recoge la información del resto de las subestaciones, bien sean otros 
ordenadores conectados (en sistemas complejos) a los instrumentos de campo o directamente 
sobre dichos instrumentos. Este ordenador suele ser un PC, el cual soporta el HMI. De esto se 
deriva que el sistema SCADA más sencillo es el compuesto por un único ordenador, el cual es el 
MTU que supervisa toda la estación. 
Las funciones principales de una MTU de SCADA son: 
• Adquisición de datos. Recolección de datos de los RTU's. 
• Trending. Salvar los datos en una base de datos, y ponerlos a disposición de los operadores 
en forma de gráficos. 
104 
• Procesamiento de Alarmas. Analizar los datos recogidos de los RTU's para ver si han 
ocurrido condiciones anormales, y alertar a personal de operaciones sobre las mismas. 
• Control. Control a Lazo Cerrado, e iniciados por operador. 
• Visualizaciones. Gráficos del equipamiento actualizado para reflejar datos del campo. 
• Informes. La mayoría de los sistemas SCADA tienen un ordenador dedicado a la producción 
de reportes conectado en red (LAN o similar) con el principal. 
• Mantenimiento del Sistema Mirror, es decir, mantener un sistema idéntico con la capacidad 
segura de asumir el control inmediatamente si el principal falla. 
• Interfaces con otros sistemas. Transferencia de datos hacia y desde otros sistemas 
corporativos para, por ejemplo, el procesamiento de órdenes de trabajo, de compra, la 
actualización de bases de datos, etc. 
• Seguridad. Control de acceso a los distintos componentes del sistema. 
• Administración de la red. Monitoreo de la red de comunicaciones. 
• Administración de la Base de datos. Agregar nuevas estaciones, puntos, gráficos, puntos de 
cambio de alarmas, y en general, reconfigurar el sistema. 
• Aplicaciones especiales. Casi todos los sistemas SCADA tendrá cierto software de 
aplicación especial, asociado generalmente al monitoreo y al control de la planta. 
• Sistemas expertos, sistemas de modelado. Los más avanzados pueden incluir sistemas 
expertos incorporados, o capacidad de modelado de datos. 
Ordenadores Remotos o RTUs (Remote Terminal Unit): Estos ordenadores están situados 
en los nodos estratégicos del sistema gestionando y controlando las subestaciones del sistema, 
reciben las señales de los sensores de campo, y comandan los elementos finales de control 
ejecutando el software de la aplicación SCADA. 
Se encuentran en el nivel intermedio o de automatización, a un nivel superior está el MTU y a un 
nivel inferior los distintos instrumentos de campo que son los que ejercen la automatización física 
del sistema, control y adquisición de datos. 
El SCADA RTU es una pequeña y robusta computadora que proporciona inteligencia en el 
campo para permitir que el Master se comunique con los instrumentos. Es una unidad stand-alone 
(independiente) de adquisición y control de datos. Su función es controlar el equipamiento de 
proceso en el sitio remoto, adquirir datos del mismo, y transferirlos al sistema central SCADA. 
Hay dos tipos básicos de RTU's- "single boards" (de un solo módulo), compactos, que contienen 
todas las entradas de datos en una sola tarjeta, y "modulares" que tienen un modulo CPU 
separado, y pueden tener otros módulos agregados, normalmente enchufándolos en una placa 
común (similar a una PC con una placa madre donde se montan procesador y periféricos). 
Un RTU single board tiene normalmente E/S fijas, por ejemplo, 16 entradas de información 
digitales, 8 salidas digitales, 8 entradas de información analógicas, y 4 salidas analógicas. No es 
normalmente posible ampliar su capacidad. 
Un RTU modular se diseña para ser ampliado agregando módulos adicionales. Los módulos 
típicos pueden ser un módulo de 8 entradas análogas, un módulo de 8salidas digitales. 
105 
4.3.4.1 Funcionalidad del Hardware de un RTU 
 
Figura 4. 4: Diagrama Funcional de un RTU 
El hardware de un RTU tiene los siguientes componentes principales: 
• CPU y memoria volátil (RAM). 
• Memoria no volátil para grabar programas y datos. 
• Capacidad de comunicaciones a través de puertos seriales o a veces con módem incorporado. 
• Fuente de alimentación segura (con salvaguardia de batería). 
• Watchdog timer (que asegure reiniciar el RTU si algo falla). 
• Protección eléctrica contra fluctuaciones en la tensión. 
• Interfaces de entrada-salida a DI/DO/AI/AO's. 
• Reloj de tiempo real. 
4.3.4.2 Funcionalidad del Software de un RTU 
Todos los RTU's requieren la siguiente funcionalidad. En muchos RTU's éstas se pueden mezclar 
y no necesariamente ser identificables como módulos separados. 
• Sistema operativo en tiempo real. 
• Driver para el sistema de comunicaciones, es decir la conexión con el Master. 
• Drivers de dispositivo para el sistema de entrada-salida a los dispositivos de campo. 
• Aplicación SCADA para exploración de entradas de información, procesamiento y el grabado 
de datos, respondiendo a las peticiones del Master sobre la red de comunicaciones. 
• Algún método para permitir que las aplicaciones de usuario sean configuradas en el RTU. 
Ésta puede ser una simple configuración de parámetros, habilitando o deshabilitando 
entradas-salidas específicas que invalidan o puede representar un ambiente de programación 
completo para el usuario. 
• Diagnóstico. 
• Algunos RTU's pueden tener un sistema de archivos con soporte para descarga de archivo, 
tanto programas de usuario como archivos de configuración. 
106 
Red de comunicación: Éste es el nivel que gestiona la información que los instrumentos de 
campo envían a la red de ordenadores desde el sistema. El tipo de BUS utilizado en las 
comunicaciones puede ser muy variado según las necesidades del sistema y del software escogido 
para implementar el sistema SCADA, ya que no todos los software (así como los instrumentos de 
campo como PLCs) pueden trabajar con todos los tipos de BUS. Hoy en día, gracias a la 
estandarización de las comunicaciones con los dispositivos de campo, podemos implementar un 
sistema SCADA sobre prácticamente cualquier tipo de BUS. Podemos encontrar SCADAs sobre 
formatos estándares como los RS-232, RS-422 y RS-485 a partir de los cuales, y mediante un 
protocolo TCP/IP, podemos conectar el sistema sobre un bus ya existente; pasando por todo tipo 
de buses de campo industriales, hasta formas más modernas de comunicación como Bluetooth 
(Bus de Radio), Micro-Ondas, Satélite, Cable, etc. 
A parte del tipo de BUS, existen interfaces de comunicación especiales para la comunicación en 
un sistema SCADA como puede ser módems para estos sistemas que soportan los protocolos de 
comunicación SCADA y facilitan la implementación de la aplicación. 
Otra característica de las comunicaciones de un sistema SCADA es que la mayoría se 
implementan sobre sistemas WAN (Wide Area Networks) de comunicaciones, es decir, los 
distintos terminales RTU pueden estar deslocalizados geográficamente. 
• Instrumentos de Campo: Son todos aquellos que permiten tanto realizar la automatización o 
control delsistema (PLCs, controladores de procesos industriales, y actuadores en general) como 
los que se encargan de la captación de información del sistema (sensores y alarmas). 
Una característica de los Sistemas SCADA es que sus componentes son diseñados por distintos 
proveedores, sin coordinación entre sí. Así, se tienen diferentes proveedores para las RTUs 
(incluso es posible que un sistema utilice RTUs de más de un proveedor), módems, radios, 
minicomputadores, software de supervisión e interfase con el operador, software de detección de 
pérdidas, etc. 
4.4 Software SCADA y Principales Productos Comerciales. 
Para obtener las características y prestaciones propias de un sistema SCADA, su software debe 
presentar las siguientes funciones: 
• Manejo del soporte o canal de comunicación. 
• Manejo de uno o varios protocolos de comunicación (Driver) 
• Manejo y actualización de una Base de Datos 
• Administración de alarmas (Eventos) 
• Generación de archivos históricos. 
• Interfaces con el operador (HMI - Human Machine Inteface) 
• Capacidad de programación (Visual Basic, C) 
• Transferencia dinámica de datos (DDE) 
• Conexión a redes 
• Debe tener capacidad para comunicarse con múltiples redes de instrumentos, aun 
siendo de distinta procedencia y fabricantes (Standard IEC1131.3). 
107 
 
Figura 4. 5: Entorno de un Software SCADA. 
A continuación exponemos los principales softwares SCADA que podemos encontrar en el 
mercado así como los fabricantes y distribuidores. En algunos casos no tan solo proporcionan una 
solución puramente SCADA sino que incluyen el registro y gestión de datos sobre software MES 
(Manufacturing Execution System) para explotación de datos de fabricación. Este tipo de 
integración de software MES en un sistema SCADA es una solución cada vez más demandada 
por los usuarios. 
 
108 
 
Figura 4. 6: Fabricantes y Distribuidores de software SCADA. 
4.5 Estructura y Componentes de un Software SCADA 
Los módulos o bloques software que permiten las actividades de adquisición, supervisión y 
control son los siguientes: 
109 
• Configuración: permite al usuario definir el entorno de trabajo de su aplicación según la 
disposición de pantallas requerida y los niveles de acceso para los distintos usuarios. 
Dentro del módulo de configuración el usuario define las pantallas gráficas o de texto que va a 
utilizar, importándolas desde otra aplicación o generándolas desde el propio SCADA. Para ello, 
se incorpora un editor gráfico que permite dibujar a nivel de píxel (punto de pantalla) o utilizar 
elementos estándar disponibles, líneas, círculos, textos o figuras, con funciones de edición típicas 
como copiar, mover, borrar, etc. 
También durante la configuración se seleccionan los drivers de comunicación que permitirán el 
enlace con los elementos de campo y la conexión o no en red de estos últimos, se selecciona el 
puerto de comunicación sobre el ordenador y los parámetros de la misma, etc. 
En algunos sistemas es también en la configuración donde se indican las variables que después se 
van a visualizar, procesar o controlar, en forma de lista o tabla donde pueden definirse a ellas y 
facilitar la programación posterior. 
• Interfaz gráfico del operador, proporciona al operador las funciones de control y supervisión 
de la planta. 
El proceso a supervisar se representa mediante sinópticos gráficos almacenados en el ordenador 
de proceso y generados desde el editor incorporado en el SCADA o importados desde otra 
aplicación de uso general (Paintbrush, DrawPerfect, AutoCAD, etc.) durante la configuración del 
paquete. 
Los sinópticos están formados por un fondo fijo y varias zonas activas que cambian 
dinámicamente a diferentes formas y colores, según los valores leídos en la planta o en respuesta 
a las acciones del operador. 
Se tienen que tener en cuenta algunas consideraciones a la hora de diseñar las pantallas: 
Las pantallas deben tener apariencia consistente, con zonas diferenciadas para mostrar la planta 
(sinópticos), las botoneras y entradas de mando (control) y las salidas de mensajes del sistema 
(estados, alarmas). 
La representación del proceso se realizará preferentemente mediante sinópticos que se desarrollan 
de izquierda a derecha. 
La información presentada aparecerá sobre el elemento gráfico que la genera o soporta, y las 
señales de control estarán agrupadas por funciones. 
La clasificación por colores ayuda a la comprensión rápida de la información. Los colores serán 
usados de forma consistente en toda la aplicación: si rojo significa peligro o alarma, y verde se 
percibe como indicación de normalidad, éste será el significado dado a estos colores en cualquier 
parte de la aplicación. 
Previendo dificultades en la observación del color debe añadirse alguna forma de redundancia, 
sobre todo en los mensajes de alarma y atención: textos adicionales, símbolos gráficos dinámicos, 
intermitencias, sonido, etc. 
• Módulo de proceso: ejecuta las acciones de mando preprogramadas a partir de los valores 
actuales de variables leídas. 
Sobre cada pantalla se puede programar relaciones entre variables del ordenador o del autómata 
que se ejecutan continuamente mientras la pantalla esté activa. La programación se realiza por 
medio de bloques de programa en lenguaje de alto nivel (C, Basic, etc.). 
Es muy frecuente que el sistema SCADA confíe a los dispositivos de campo, principalmente 
autómatas, el trabajo de control directo de la planta, reservándose para sí las operaciones propias 
de la supervisión, como el control del proceso, análisis de tendencias, generación de históricos, 
etc. 
110 
Las relaciones entre variables que constituyen el programa de mando que el SCADA ejecuta de 
forma automática pueden ser de los tipos siguientes: 
Acciones de mando automáticas preprogramadas dependiendo de valores de señales de entrada, 
salida o combinaciones de éstas. 
 
Figura 4. 7: Arquitectura de un Software SCADA. 
 
Figura 4. 8: Ejemplo de una internas HMI del software SCADA 
Maniobras o secuencias de acciones de mando. 
111 
Animación de figuras y dibujos, asociando su forma, color, tamaño, etc., a valores actuales de las 
variables. 
Gestión de recetas, que modifican los parámetros de producción (consignas de tiempo, de conteo, 
estados de variables, etc.) de forma preprogramada en el tiempo o dinámicamente según la 
evolución de planta. 
• Gestión y archivo de datos: Se encarga del almacenamiento y procesado ordenada de los 
datos, según formatos inteligibles para periféricos hardware (impresoras, registradores) o 
software (bases de datos, hojas de cálculo) del sistema, de forma que otra aplicación o dispositivo 
pueda tener acceso a ellos. 
Pueden seleccionarse datos de planta para ser capturados a intervalos periódicos, y almacenados 
cada cierto tiempo, como un registro histórico de actividad, o para ser procesados 
inmediatamente por alguna aplicación software para presentaciones estadísticas, análisis de 
calidad o mantenimiento. Esto último se consigue con un intercambio de datos dinámico entre el 
SCADA y el resto de aplicaciones que corren bajo el mismo sistema operativo. Por ejemplo, el 
protocolo DDE de Windows permite intercambio de datos en tiempo real. Para ello, el SCADA 
actúa como un servidor DDE que carga variables de planta y las deja en memoria para su uso por 
otras aplicaciones de Windows, o las lee en memoria para su propio uso después de haber sido 
escritas por otras aplicaciones. 
Una vez procesados, los datos se presentan en forma de gráficas analógicas, histogramas, 
representación tridimensional, etc., que permiten después analizar la evolución global del 
proceso. 
 
Figura 4. 9: Ejemplo de Gráficas en un SCADA. 
4.6 Interfaces de Comunicación. 
Es la que permite al PC MTU acceder a los dispositivos de campo, a través de los RTU. Así, la 
interfaz de comunicación enlazará el MTU con los distintos RTUs del sistema a través del BUS 
de campo. 
112 
 
Figura 4. 10: Diagrama de Conexión informático de unsistema SCADA 
La interfaz de comunicación consta de distintos elementos: 
La base del sistema de comunicación es el BUS de Campo que es el que transporta la 
información y las ordenes de control; éste vendrá definido en función del tamaño del sistema 
SCADA (número de E/S del sistema), distancias entre RTUs y/o disponibilidad del servicio 
público de comunicación (para sistemas SCADA de tipo red WAN en interconexión entre 
distintas plantas). 
Los Modems que conectan físicamente los RTUs y el MTU al BUS. 
El módulo de comunicaciones contiene los drivers de conexión con el resto de elementos 
digitales conectados, entendiendo el driver como un programa (software) que se encarga de la 
iniciación del enlace, aplicación de los formatos, ordenación de las transferencias, etc., en 
definitiva, de la gestión del protocolo de comunicación. Estos protocolos pueden ser abiertos 
(ModBus, FieldBus, Map, etc.), o propios de fabricante. 
Estos drivers, propios del software SCADA, deben comunicarse con otros paquetes de software 
por medio de DDE (Dynamic Data Extrange) DLL (Dynamic Link Libraries) como canal de 
comunicación, implementados por el sistema operativo, que permite que diversos paquetes de 
software envíen y reciban datos comunes. Por ejemplo se puede relacionar una celda de una hoja 
de cálculo con una variable del sistema y así variar puntos de consignas del proceso, o bien 
comunicación directa con los drivers de E/S de los dispositivos de campo. 
 
Figura 4. 11: Diagrama de la arquitectura de los drivers de un SCADA. 
Adicionalmente, y en los SCADA distribuidos en arquitecturas cliente-servidor, los módulos de 
comunicaciones son también los responsables del enlace entre los diferentes ordenadores de 
113 
proceso que soportan la aplicación, enlace probablemente establecido sobre una red local 
DECnet, TCP/IP, IPX/SOX, NETBIOS, MAP/TOP, Novell, etc. 
4.6.1 Tecnologías de Integración Microsoft (Drivers Específicos) 
4.6.1.1 COM/DCOM 
COM (Component Object Model) permite que una aplicación utilice funcionalidades de otra 
aplicación residente en la misma computadora, ello se hace incorporando a la aplicación principal 
objetos software propio de la otra aplicación. DCOM (Distributed COM) supone extender el 
estándar COM a sistemas formados por redes. 
4.6.1.2 Visual Basic for Applications (VBA) 
VBA es el lenguaje de programación (basado en scripts) incorporado en las aplicaciones de 
Microsoft Office y ofrece diversas ventajas. Está muy extendido y es aceptado por diversos 
fabricantes, por lo que se va convirtiendo en un estándar que presenta una muy buena relación 
entre potencia y dificultad de aprendizaje y uso. El uso de un lenguaje común también facilita la 
integración de objetos suministrados por terceros, en la medida que aplican este mismo estándar. 
Además, permite interactuar directamente con las aplicaciones de Office (Access, Excell, Word, 
...), de BackOffice y de otros productos compatibles. 
4.6.1.3 Interfaz OPC 
OPC (OLE for Process Control) es el estándar diseñado para comunicar sistemas y dispositivos. 
Esto incluye tanto las comunicaciones entre un software SCADA y los buses de comunicación 
con los autómatas, como las comunicaciones entre una aplicación SCADA y otras aplicaciones 
como puedan ser las de gestión, abriendo a estas últimas el acceso a los datos de planta, como 
datos históricos, datos batch (por lotes), etc. Los productos OPC (Clientes y Servidores), pueden 
ser usados con Visual Basic y sus variantes. 
Es decir, OPC corresponde a un conjunto de especificaciones basadas en los estándares de 
Microsoft (COM, DCOM, OLE Automation, y ActiveX) que cubren los requerimientos de 
comunicación industrial entre aplicaciones y dispositivos, especialmente en lo que se refiere a la 
atención al tiempo real. 
 
Figura 4. 12: Interfaz OPC Cliente-Servidor 
Las especificaciones OPC se mantienen a través de la OPC Foundation, conjunto de 
especificaciones técnicas no-propietario que define un conjunto de interfases estándar basadas en 
la tecnología OLE/COM de Microsoft. La tecnología COM permite la definición de objetos 
estándar así como de métodos y propiedades para los servidores de información en tiempo real. 
114 
La tecnología OLE Automation posibilita comunicar las aplicaciones con datos recibidos a través 
de LAN, estaciones remotas o Internet. 
Antes del OPC, cada software requería de un interfase específico (servidor, driver) para 
intercambiar datos con una determinada familia de dispositivos de campo. Y para intercambiar 
datos entre aplicaciones se utilizaba el estándar DDE o bien interfaces específicos para cada 
pareja de aplicaciones. OPC elimina esta necesidad y permite utilizar una misma operativa para 
comunicar aplicaciones, dispositivos y drivers. Los proveedores, tanto de hardware como de 
software, pueden suministrar productos con una elevada conectividad y compatibilidad, y los 
usuarios tienen una amplia gama de opciones para construir la solución que mejor se adapta a sus 
necesidades. 
4.6.1.4 ActiveX 
Incorporar un Control ActiveX en una pantalla supone añadir un objeto con código asociado que 
realiza una determinada función de forma totalmente integrada dentro de la aplicación que 
estamos tratando, basta con establecer los enlaces necesarios entre las variables de la aplicación y 
las del Control ActiveX. 
Un Control ActiveX no es un lenguaje de programación, es una pequeña pieza de software, 
escrita según las especificaciones COM, y tiene propiedades, métodos y eventos. Cuando Usted 
compra un objeto ActiveX en realidad compra una licencia para usar este objeto en su aplicación. 
Un objeto ActiveX puede ser el servidor o driver de un PLC como SIMATIC (Siemens). Este 
driver tiene propiedades para definir los datos a ser leídos desde el PLC, métodos para iniciar la 
lectura de los valores y eventos para informar que los datos han sido recibidos desde el PLC 
Debido a que los objetos ActiveX son basados en COM, ellos pueden ser usados en cualquier 
aplicación que soporta COM, tal como Visual Basic, Internet Explorer, Borland Delphi, Software 
SCADA Genesis32 de Iconics, etc. 
Existen varios objetos ActiveX que pueden comprarse independientemente para agregarlos a su 
aplicación SCADA basada en tecnología COM. Tenemos por ejemplo drivers para comunicación 
con PLC's, DCS, conectividad a bases de datos, reportes, tendencias, símbolos de instrumentos de 
medición, selectores, barras indicadoras, etc. 
4.6.1.5 Conectividad remota WebServer (conexión a través de internet) 
El trabajo en un entorno Intranet es considerado normal para bastantes proveedores que incluyen 
funcionalidades de cliente y de servidor de Web. 
Algunas de las ventajas de la utilización de Internet en los entornos SCADA son el ofrecimiento 
de una funcionalidad total, ofreciendo su operatividad a través de cualquier navegador estándar. 
La información en tiempo real de la planta de proceso es inmediatamente accesible para cualquier 
persona autorizada de la organización, esté donde esté, con el coste más bajo. 
115 
 
Figura 4. 13: Configuración Cliente – Servidor para conexiones remotas 
Por ejemplo, mediante la herramienta VBScript de Visual Basic usada en el web browser de 
Microsoft Internet Explorer, se permite que en una aplicación INTRANET dentro de una planta, 
se pueda construir páginas Web usando controles ActiveX para visualizar datos de planta. Esta 
aplicación SCADA usa un PLC con servidor ActiveX (OPC) para adquisición de datos, gráficos 
dinámicos y tendencias (curvas de comportamiento de valores de procesos) basadas en ActiveX. 
Los usuarios ven la información en una interface amigable y usan un software modular que 
integra sus diversos componentes gracias a un lenguaje estándar que tiene la posibilidad de 
reutilizar los scripts. 
 
Figura 4. 14: Diagrama de la Arquitectura OPC 
4.7 EVOLUCIÓN DEL SOFTWARE SCADA 
En lo últimos años ha existido una evolución de los productos software de supervisión y control 
paraPC (SCADA) orientada a ampliar su campo de aplicación. De una supervisión y control 
iniciales a nivel de máquina o de proceso se ha pasado a una supervisión y control a nivel de 
planta. De una adquisición y registro de datos orientada a un control de proceso o de línea se ha 
ampliado su utilidad a proveer información en tiempo real del estado de la planta o de la fábrica. 
El software orientado inicialmente a supervisión y control de proceso (máquina, proceso y línea) 
fue aprovechado para ampliar su utilidad a la supervisión y control de la producción. La adopción 
de forma generalizada de los estándares COM/DCOM, Active X, OPC y ODBC, entre otros, por 
116 
parte de la gran mayoría de proveedores facilitaba que los datos adquiridos mediante la 
aplicación SCADA estuvieran disponibles para otras aplicaciones como gestión de almacenes, 
ERP, etc. 
Una de las demandas más generalizadas y, al mismo tiempo, una de las más críticas, es la 
capacidad de efectuar consultas trabajando con datos procedentes de diferentes fuentes: de 
diferentes aplicaciones (scada, ERP, etc.) o de bases de datos distintas y ubicadas en diferentes 
puntos del sistema. Disponer del conjunto de drivers necesario para intercomunicar los diversos 
componentes de la solución completa, configurarlos y activarlos de forma transparente, es un 
elemento esencial para disponer de una integración efectiva. 
Actualmente, diversos proveedores ofrecen módulos específicos orientados al almacenamiento de 
grandes cantidades de datos, así como servidores de datos capaces de atender consultas de 
grandes cantidades de datos y que implican tanto a datos recogidos de proceso como a datos 
almacenados en otras bases de datos, y aptos para servir a múltiples usuarios, conectados a una 
red para la gestión y el control de la fábrica. 
Por su naturaleza, estos módulos pueden llegar a constituir aplicaciones aptas para trabajar con 
SCADAs de otros fabricantes, servidores de datos históricos y servidores de datos integrados 
(procedentes de diferentes bases de datos o aplicaciones pero interrelacionados). Entre estos 
productos podemos citar: IndustriaISQL Server de Wonderware, RSSql de Rockwell Software, 
historian de GE Fanuc-lntellution, etc. 
Una de las necesidades del resultado de esta ampliación del entorno de aplicación ha sido la 
necesidad de disponer de herramientas cómodas, simples y potentes para la generación de 
interfaces de usuario que les permita acceder a la información que es de su interés. Dado que el 
entorno físico donde se ubican estos usuarios también se amplía, el medio generalizado de 
comunicación es Internet y la aplicación más común es cualquiera de los navegadores más 
difundidos. 
Por otra parte, es conveniente disponer de herramientas que ofrezcan a cualquier usuario la 
posibilidad de diseñar y configurar una Web específica que les permita dialogar con el sistema de 
información y obtener los datos necesarios. Un ejemplo de este tipo de aplicación es el infoAgent 
de GE Fanuc-Intellution, un software de edición, configuración y activación de portales de 
Internet que proporciona un servidor y admite múltiples clientes. 
4.7.1 Tendencias: 
La madurez de los productos software para la adquisición y registro de datos en tiempo real y la 
supervisión y control de procesos ofrecen una evolución en los siguientes ámbitos: 
Su integración en entornos completos para la gestión del negocio disponiendo de información de 
planta en tiempo real, control y tratamiento de datos, y supervisión y gestión global de la 
empresa. La existencia de aplicaciones MES, los servidores de datos y los servidores de web son 
una prueba de ello. 
En el tratamiento de los datos adquiridos en planta por parte de sistemas expertos que ofrecen 
funcionalidades de detección y diagnóstico de fallos. Son evidentes las ventajas que supone 
disponer de un sistema experto que, a partir de los datos adquiridos de planta tanto en proceso 
continuo como discontinuo, pueda aplicar un conjunto de reglas que ayude al personal de 
operación en planta a detectar los fallos o situaciones delicadas y a tener una diagnosis de las 
causas que lo provocan, así como conocer cuál es la correcta actuación a seguir. 
La mejora de las interfaces con el usuario con el empleo de entornos gráficos de alta calidad, la 
incorporación de elementos multimedia de audio y vídeo, la mejora de los sistemas operativos 
para incrementar las velocidades de respuesta, el empleo de software orientado a objeto, con 
117 
diálogos conversacionales con programador y usuario, etc., todo ello soportado por un hardware 
cada vez más compacto, fiable, potente, de mayor ancho de bus y más rápido. 
4.8 ALGUNAS APLICACIONES DE LOS SCADA EN LA INDUSTRIA Y LOS 
SERVICIOS 
De igual manera, en muchos procesos industriales, como por ejemplo, los de fabricación de 
alimentos y bebidas, los SCADA pueden ser utilizados cuando se requiere mezclar diferentes 
líquidos como agua, aceite, jugos y mieles, con otros materiales como azúcar, harina etc. los 
cuales son también transportados por conductos utilizando corrientes de aire. En este tipo de 
procesos, los SCADA además de controlar válvulas y bombas para la transportación de líquidos, 
y de monitorear niveles en depósitos, se utilizan también para monitorear temperaturas, presiones 
y coloraciones, y controlar bombas de aire, hornos y aparatos de mezclado. 
Sin embargo, las aplicaciones de los SCADA son mucho más diversas, incluimos aquí algunas 
que consideramos relevantes: 
Equipos para el Ahorro de Energía 
En este caso, más que desempeñar funciones de control, los SCADA estarán monitoreando el 
conjunto de equipos y aparatos que intervienen en un proceso, así como, la energía que sé esta 
utilizando para su realización. 
El SCADA cuenta con tablas de consumo de energía para los diferentes equipos, las cuales utiliza 
de manera permanente para estimar los consumos de los equipos en operación; este consumo 
teórico es comparado con el consumo real y en caso de existir una diferencia, el operador del 
SCADA tiene de inmediato la información para ordenar al personal de mantenimiento el 
aislamiento de la posible falla y la corrección del equipo defectuoso. 
Un número creciente de industrias, empresas de transporte y oficinas de administración pública 
emplean SCADAS en todo el mundo para el ahorro de energía. 
En el Transporte 
Hoy en día prácticamente todos los Metros y ferrocarriles suburbanos del mundo utilizan 
sistemas para el monitoreo y control central de sus trenes. 
Sin ser exactamente SCADAS, estos sistemas se parecen mucho a los SCADAS. Aunque, si bien 
es posible modelar los trenes en los túneles como fluidos en las tuberías, existen algunas 
diferencias substanciales: 
En el caso de los trenes se debe asegurar que ellos no se alcancen entre sí, pues eso implicaría 
accidentes que pondrían en riesgo la vida de los pasajeros y la integridad física de los trenes. Esto 
no sucede en el caso de los fluidos. 
Los trenes se mueven dentro de los túneles con ciertos grados de autonomía, incluso deteniéndose 
para cargar y descargar pasajeros en las estaciones. Esto tampoco pasa con los fluidos cuyo 
movimiento es más simple, homogéneo y sencillo de prever. 
Por ello los sistemas modernos de administración y control de trenes, si bien están basados en 
SCADAS son mucho más complejos que estos. También, si se piensa en el funcionamiento de un 
aeropuerto, quizás se tenga la idea de que se trata de procesos relativamente sencillos y que las 
únicas dificultades reales, se encuentran en la torre de control que regula el tráfico de llegadas y 
despegues. 
Esto no es así, considérese, por ejemplo, la sola tarea de prender y apagar la iluminación del 
aeropuerto y de sus pistas de aterrizaje. Se podría pensar en tres reglas básicas. 
De día las luces están apagadas. 
De noche las luces están encendidas. 
118 
Luego de que aterriza el último vuelo de la noche, y los pasajeros y empleados se retiran, las 
luces se apagan. 
Paracumplir estas tres reglas bastaría tener un interruptor general, pero esto no es cierto. Muchos 
aparatos e incluso lámparas deben estar encendidos durante el día. 
De igual manera, existen una serie de aparatos de comunicación que no deben apagarse después 
de cerrar el último vuelo; unos muy simples de entender, son los aparatos de refrigeración de 
alimentos y/o medicinas que el aeropuerto debe conservar. 
Por todo esto, un SCADA podría aquí funcionar como un control maestro de distribución y 
apagado de la energía eléctrica del aeropuerto, pero ello es un solo ejemplo de las aplicaciones 
que los SCADA tienen en este tipo de instalaciones. Otros ejemplos estarían en el 
funcionamiento de equipos automáticos como escaleras eléctricas, bandas transportadoras y 
plataformas de equipaje. 
Una aplicación más sofisticada es la referente a los sistemas de distribución de equipaje para los 
diferentes vuelos en proceso. 
Otra aplicación se puede encontrar en el control de tráfico de autopistas. Hoy en día operan con 
éxito algunos sistemas capaces de identificar vehículos en movimiento en una carretera y llevar 
cuenta de ellos. Se trata de sistemas inteligentes de reconocimiento de imágenes captadas por 
cámaras de televisión colocadas a lo largo de la carretera. 
Una aplicación inmediata de esta capacidad tecnológica ha sido lograda a través de los SCADA, 
utilizados normalmente para el control de fluidos, modelando como tal el tráfico de vehículos en 
la carretera. 
Así, podemos pensar en una autopista de 6 carriles que comunica varias ciudades intermedias. En 
lugar de utilizar tres carriles en cada dirección, la autopista deja sólo dos carriles en cada caso, 
mientras que los dos carriles centrales son utilizados para cubrir la dirección con más tráfico, 
abriendo y cerrando para ello barreras de contención en forma automática y utilizando letreros 
luminosos que indican a los conductores cuando pueden utilizar los carriles centrales y cuando 
deben salir de ellos. 
Con este mecanismo, la autopista de 6 carriles opera con una capacidad similar a una de ocho 
carriles 
A través de Sistemas SCADAs podrá gestionar e integrar los complejos sistemas de los edificios 
de hoy en una sola solución, permitiéndole controlar su entorno. Temperatura ideal en los pisos, 
encendido de los sistemas de Corriente Alterna, apagado de la iluminación dónde y cuando no 
sea necesaria, control de acceso de todas las áreas comunes y oficinas clave. Hoteles, centros de 
negocios, edificios corporativos, detalles de que oficinas están siendo utilizadas, que luces están 
encendidas, si los sistemas contra incendio están trabajando e inclusive que lámpara necesita ser 
reemplazada están al alcance de su mano. 
 
 
 
120 
Bibliografía 
1. Hugh Jack, “Automating Manufacturing Systems with PLCs”. Version 4.7, 14 April, 
2005. 
 
2. Ogata, Katsuhiko; “Ingeniería de Control Moderna”. Tercera Edición, 1998. 
 
3. Smith,Carlos A.; Armando B. Corripio : “Principles and Practice of Automatic Process 
Control” .Second Edition (E.C.),1997. 
 
4. González Santos,A. I., Moreno Vega, V. “Apuntes de Automatización Industrial” CUJAE 
Dpto. de Automática y Computación Facultad de Ingeniería Eléctrica, 2005 
 
5. Doebelin, Ernest O.; “Measurement Systems. Applications and Desing”. Fourth Edition. 
1990. 
 
6. Siemens. Micromaster profibus Documentation. 2002. 
 
7. Siemes. Manual de Usuario. Simatic S7-PLCSIM. V5.0. 2001. 
 
8. Siemes. Simatic Software de sistema para S7-300/400. Diseño de programas. Manual de 
programación. 
 
9. Sinclair, Ian R.; “Sensors and transducers”. Third Edition. 2001. 
 
10. Allen Bradley. Application Guide. SCADA System. Publication A.G.-6.5.8. 1998. 
 
11. Shinskey, F.G.; “Process Control Systems”. Fourth Edition. 1996. 
 
 
 
 
122 
5 GUÍA GENERAL PARA EL ESTUDIO. 
 
ASIGNATURA: TEMAS ESPECIALES DE INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL. 
 
5.1 Introducción: 
 
La aceleración del progreso técnico trae consigo una utilización cada vez mayor de las 
técnicas de instrumentación y control. Esto por su puesto tiene vastas implicaciones humanas, 
sociales y económicas. El ahorro energético y el cumplimiento de las exigencias 
medioambientales en las industrias son áreas en las que se puede lograr beneficios a partir de 
la introducción del control automático. 
En este libro se tratan los elementos básicos de los sistemas de instrumentación y control, con 
el objetivo de proveer fundamentalmente a los especialistas en el campo de la gestión 
energética, de las herramientas necesarias para la comprensión de estos sistemas de manera 
que puedan utilizar la información que ellos brindan y explotarlos en función del ahorro 
energético. En todo el texto se tratan aspectos generales necesarios para comprender los 
sistemas de instrumentación y control actuales. 
Se tratan inicialmente los principios y características generales de sensores y actuadores 
necesarios para comprender estos elementos integrantes de todo sistema de control. Los 
sistemas de control se tratan a partir del control con retroalimentación y las acciones básicas 
de control. 
El empleo de los Controladores Lógicos Programables (PLC) también es un tema tratado en el 
texto por su importancia y proliferación. Por último, se trata de dar una visión más amplia de 
la automatización al estudiar los sistemas de control digitales, sistemas SCADA (Supervisory 
Control and Data Adquisition) y sus aplicaciones, así como el papel de la computadora en los 
sistemas de control. 
 
5.2 Objetivo General. 
 
Conocer los principales elementos y el funcionamiento de los sistemas de instrumentación y 
control existentes para la adquisición y el manejo de la información, para la supervisión y el 
control y aplicarlos como herramientas en la toma de decisiones asociadas al uso eficiente de 
la energía en la industria y los servicios. 
 
5.3 Objetivos específicos. 
 
1. Clasificar y describir el principio de operación de los sensores y actuadores más 
comunes en los sistemas de automatización industrial y seleccionar adecuadamente los 
mismos que formen parte de un sistema de automatización industrial y que garanticen 
el uso eficiente de la energía. 
2. Definir y caracterizar los sistemas de control automático presentes en la industria. 
3. Sintonizar reguladores PID utilizando las reglas de Ziegler y Nichols. 
4. Conocer el estándar IEC1131 referente a los controladores lógicos programables y 
aplicaciones de éstos en los sistemas de automatización industrial. 
5. Clasificar los sistemas digitales industriales. 
6. Describir la arquitectura y las peculiaridades de los sistemas de control distribuido. 
123 
7. Sintetizar las funciones básicas de un sistema de supervisión, control y adquisición de 
datos (SCADA). 
8. Demostrar que el manejo adecuado de la energía en la industria se puede lograr a 
través del empleo de los sistemas digitales. 
 
5.4 Sistema de contenido por temas. 
 
5.4.1 Tema 1. Sensores y Actuadores. 
Sensores. Clasificación. Principio de Operación. Criterios de selección. Acondicionamiento de 
señales. Calibración. Actuadores. Clasificación. Principio de Operación. Criterios de 
selección. 
 
5.4.2 Tema 2. Sistemas de Control. 
Sistemas de Control de Procesos. Objetivos del Control Automático de Procesos. Control 
regulatorio y servomecanismos. Estrategias de control. Control por retroalimentación. Control 
Anticipatorio. 
Acciones básicas de Control. Controladores proporcionales, integrales, proporcionales-
integrales, proporcionales-derivativos, proporcionales-integrales-derivativos. Reglas de 
sintonización para controladores PID. 
 
5.4.3 Tema 3. Controladores Lógicos Programables (PLC). 
Controladores Lógicos Programables. Estándar IEC 1131. Hardware. Lenguaje de 
Programación. Aplicaciones. 
 
5.4.4 Tema 4. Sistemas Digitales. 
Sistemas Digitales en la Automatización Industrial. Pirámide de Control. 
Sistemas de Control Distribuido. Arquitectura. Características Generales. Aplicaciones. 
Sistemas SCADA.Componentes. Módulos de software. Aplicaciones. Sistemas a base de PLC 
y PC. Características generales. 
 
5.5 Sistema de evaluación. 
 
1-Realizar un trabajo investigativo relacionado con las mediciones de varios parámetros en un 
equipo o proceso asociado al consumo de portadores energéticos seleccionado por el cursante 
en su empresa (demostrar habilidades en la selección de sensores y transmisores). 
 
2-Realizar un trabajo investigativo relacionado con la descripción de un lazo de control real 
existente en su empresa y los ajustes del regulador. 
 
3-Realizar un trabajo investigativo final que debe ser discutido con el profesor donde se 
describa una tarea técnica de automatización y de posibles sistemas de monitoreo y control 
automático en la empresa del cursante asociándolos de alguna manera con ahorro de 
portadores energéticos o toma de decisiones que tributen a los mismos. 
 
124 
5.6 Bibliografía Básica: 
 
Gómez Sarduy, J. R., Reyes Calvo, R., Guzmán Del Río, D. “Temas Especiales de 
Instrumentación y Control”. Texto Básico. Universidad de Cienfuegos 2007. 
 
5.7 Bibliografía Complementaria: 
 
1. Hugh Jack, “Automating Manufacturing Systems with PLCs”. Version 4.7, 14 April, 
2005. 
 
2. Ogata, Katsuhiko; “Ingeniería de Control Moderna”. Tercera Edición, 1998. 
 
3. Doebelin, Ernest O.; “Measurement Systems. Applications and Desing”. Fourth 
Edition. 1990. 
 
 
5.8 INDICACIONES PARA EL ESTUDIO POR TEMAS. 
 
5.8.1 Tema 1. SENSORES Y ACTUADORES. 
A partir del Capítulo 1 del libro de texto y de la bibliografía complementaria, siga las 
siguientes indicaciones: 
• Explique el significado de los términos sensor y transductor y resuma los parámetros que 
se tienen en cuenta para especificar un sensor. 
• Construya una tabla en la que se relacionen los sensores estudiados con la clasificación de 
los mismos atendiendo a principio de conversión, variable medida, tecnología empleada y 
aplicación. 
• Resuma y explique los tipos de sensores más comunes de medición de temperatura 
basados en variaciones de las características eléctricas de los materiales con la misma. 
• Explique cómo trabaja un tubo Bourdón como sensor de presión. 
• Describa el principio de operación de los siguientes sensores de caudal: 
a. Placa de orificio. 
b. Vénturi. 
c. Turbina. 
d. Electromagnético. 
e. Ultrasónico. 
• Explique diversas maneras en que se pueden lograr sensores discretos y continuos de 
nivel. 
• Compare un LVDT con un potenciómetro como sensor de posición. ¿Qué ventajas y 
desventajas tiene el uso de un LVDT? 
• Explique en qué consisten los sensores inteligentes empleados actualmente en los sistemas 
de medición y resuma sus funciones principales. 
• Explique las tecnologías de acondicionamiento de señales empleadas en los sistemas de 
medición y control y diga por qué son necesarias. 
• Defina qué se conoce como actuador y realice un resumen de los mismos agrupándolos 
por su clasificación de acuerdo a la energía que convierten. 
 
125 
Evaluación: 
 
Trabajo investigativo TI-1. Sensores de medición. 
 
Objetivo: 
Mostrar las características fundamentales de algún sistema de medición donde trabaja el 
maestrante relacionado con las mediciones de varios parámetros en un equipo o proceso 
asociado al consumo de portadores energéticos y establecer si los sensores son los adecuados 
desde los puntos de vista estudiados. 
 
Presentación: 
Informe escrito en formato electrónico. 
 
Contenido del informe: 
• Explique auxiliado de esquemas, fotografías, etc. un sistema de medición ya sea de un 
equipo específico o proceso seleccionado en su centro de trabajo. Identifique los diferentes 
sensores que se emplean y clasifíquelos de acuerdo a la variable medida. 
• Diga sus especificaciones y trate de determinar si son los adecuados y por qué. En caso 
necesario haga la propuesta adecuada (de acuerdo a los conocimientos básicos del 
maestrante). 
• Diga las tecnologías de acondicionamiento de señal que se emplean en este sistema y 
explique por qué son necesarias. 
• Explique como relaciona usted este sistema con la gestión energética. 
 
5.8.2 Tema 2. SISTEMAS DE CONTROL. 
A partir del Capítulo 2 del libro de texto y de la bibliografía complementaria, siga las 
siguientes indicaciones: 
• Explique y trate de ejemplificar en cada caso las ventajas que ofrece el control automático 
en la industria. 
• Diga brevemente cuál es el objetivo del control automático de procesos. 
• Explique que se entiende por control de lazo abierto y control de lazo cerrado. 
Ejemplifique en cada caso a partir de sus conocimientos prácticos. 
• Dibuje el diagrama de bloques de un control de lazo cerrado e identifique cada uno de sus 
elementos. 
• Resuma como se obtiene la función transferencia de un sistema. De acuerdo a lo estudiado 
diga si ésta brinda algún tipo de información acerca de la estructura del sistema físico. 
• Explique en qué consisten las estrategias de control estudiadas. 
• Realice un resumen de la clasificación de los sistemas de control. 
• Construya una tabla en la que coloque resumidamente bajo cada categoría de las acciones 
básicas de control, la ecuación que la caracteriza, su función transferencia, los parámetros 
regulables del controlador y su respuesta ante una señal escalón unitario. 
• Describa brevemente la respuesta en el tiempo de un sistema de control de segundo orden 
cuando la señal de entrada es un escalón unitario. 
• Estudie y sintetice los pasos fundamentales que deben darse para sintonizar un controlador 
PID por el método de Ziegler y Nichols. 
 
Evaluación: 
 
126 
Trabajo investigativo TI-2. Sistemas de control. 
 
Objetivo: 
Explicar las características fundamentales de algún sistema o lazo de control seleccionado 
donde trabaja el maestrante e identificar el tipo de controlador y el ajuste de sus parámetros. 
 
Presentación: 
Informe escrito en formato electrónico. 
 
Contenido del informe: 
• Explique auxiliado de esquemas, fotografías, etc. un sistema o lazo de control ya sea en 
un equipo específico o proceso seleccionado en su centro de trabajo. Identifique los 
diferentes elementos que componen. Clasifique este sistema de acuerdo a las categorías 
empleadas. 
• Diga el tipo de acción de control que se emplea en el mismo y los ajustes del controlador 
para este caso. 
• Explique como relaciona usted este sistema con la gestión energética. 
 
5.8.3 Tema 3. CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES (PLC). 
A partir del Capítulo 3 del libro de texto y de la bibliografía complementaria, siga las 
siguientes indicaciones: 
• Diga las ventajas que ofrecen los PLC en los sistemas de control de procesos de las 
industrias actuales. 
• Desarrolle un esquema en el que se describa la estructura de los PLC a partir de los 
conocimientos adquiridos en la asignatura. 
• Para la programación de los PLC se ha creado el estándar IEC1131. Resuma en que 
consiste el mismo 
• Realice un programa para controlar el encendido y parada de un motor con un PLC usando 
dos pulsadores, uno para arrancar y otro para parar el motor. Realice los programas en 
Diagrama de Contacto y en Grafcet. 
• Mencione varias aplicaciones donde se utilicen PLC 
 
5.8.4 Tema 4. SISTEMAS DIGITALES. 
A partir del Capítulo 4 del libro de texto y de la bibliografía complementaria, siga las 
siguientes indicaciones: 
• Mencione las posibles funciones de la Computadora dentro del entorno industrial para el 
control de procesos 
• Diga en que consiste un sistema de control distribuido en el entorno industrial así como las 
ventajas del mismo. 
• Mencione los niveles que conforman la pirámide de control y explique brevemente la 
composición de cada uno de ellos. 
• Diga que es un sistema de tiempo real. 
• Diga las ventajas de los SCADAS 
• Mencione los módulos que componen los sistemas SCADA 
• Haga un resumen con los protocolos de comunicación que podemos encontrar en un 
sistema de control automático de una industria determinada 
• Explique brevemente en que consisteel protocolo de comunicación OPC. 
127 
 
5.8.5 Evaluación Final de la Asignatura: 
 
Trabajo investigativo final que debe ser discutido con el profesor. 
 
Objetivo: 
Integrar los conocimientos adquiridos en la asignatura a partir de la descripción de una tarea 
técnica para la automatización o modernización de un sistema o proceso seleccionado por el 
maestrante en su centro de trabajo. 
 
Presentación: 
Informe escrito en formato electrónico y presentación en power point para su defensa. 
 
Contenido del informe: 
El informe debe contener la tarea técnica solicitada a una empresa de proyecto para la 
automatización o modernización de un proceso determinado auxiliándose dentro del informe 
de gráficos, diagramas, esquemas, etc. y que conste con los siguientes aspectos: 
• Descripción del proceso 
• Descripción de la instrumentación existente. 
• Definición de las variables involucradas para el control y/o supervisión deseado . 
• Propuesta de sensores y actuadores a utilizar. 
• Descripción de los lazos de control. 
• Solicitud de alarmas, secuencias, bloqueos, reglas de operación y otras condiciones 
necesarias. 
• Descripción de la estructura jerárquica del sistema deseado. 
• Protocolos de comunicación a emplear. 
 
	1 CAPÍTULO 1: SENSORES Y ACTUADORES. 
	1.1 Sensores. 
	1.1.1 Especificaciones. 
	1.1.2 Clasificación. 
	1.1.3 Sensores comunes para temperatura. 
	1.1.3.1 Termopares. 
	1.1.3.2 Termoresistencias. 
	1.1.3.3 Termistores. 
	1.1.3.4 Otros sensores de temperatura. 
	1.1.4 Sensores de presión. 
	1.1.4.1 Tubos de Bourdon. 
	1.1.4.2 Fuelles y membranas. 
	1.1.4.3 Sensores de presión a semiconductores. 
	1.1.5 Sensores de caudal. 
	1.1.5.1 Sensores basados en presión diferencial. 
	1.1.5.2 Turbinas 
	1.1.5.3 Medidores electromagnéticos de caudal. 
	1.1.5.4 Medidor ultrasónico de caudal. 
	1.1.6 Sensores de nivel 
	1.1.6.1 Sensores de nivel discretos. 
	1.1.6.2 Sensores de nivel continuos. 
	1.1.7 Desplazamiento angular 
	1.1.7.1 Potenciómetros. 
	1.1.7.2 Encoders 
	1.1.8 Sensores de velocidad angular 
	1.1.8.1 Velocidad angular a partir de encoders. 
	1.1.8.2 Tacómetros 
	1.1.9 Posición lineal 
	1.1.9.1 Potenciómetro lineal. 
	1.1.9.2 Transformador diferencial variable lineal (LVDT). 
	1.1.10 Sensores de carga 
	1.1.10.1 Galgas de esfuerzo (Strain Gauge). 
	1.1.10.2 Sensores de carga a semiconductores. 
	1.1.11 Sensores de proximidad. 
	1.1.11.1 Sensores ópticos. 
	1.1.12 Sensores Inteligentes 
	1.1.13 Criterios de selección de un sensor. 
	1.2 Acondicionamiento de señales. 
	1.3 Actuadores. 
	1.3.1 Clasificación 
	1.3.2 Solenoides 
	1.3.3 Cilindros hidráulicos y neumáticos. 
	1.3.4 Motores eléctricos. 
	1.3.4.1 Motores de corriente alterna. 
	1.3.4.2 Motores de corriente directa. 
	1.3.4.3 Motores de paso 
	2 CAPÍTULO 2: SISTEMAS DE CONTROL. 
	2.1 Definiciones básicas. 
	2.2 Objetivos del control automático de procesos. 
	2.3 Reguladores y servomecanismos. 
	2.4 Sistema de control en lazo abierto y en lazo cerrado. 
	2.5 Diagrama de bloques y función transferencia. 
	2.6 Estrategias de Control. 
	2.7 Clasificación general de los sistemas de control 
	2.8 Acciones básicas de control. 
	2.8.1 Acción de dos posiciones. 
	2.8.2 Acción proporcional (P). 
	2.8.3 Acción integral (I). 
	2.8.4 Acción proporcional-integral (PI). 
	2.8.5 Acción proporcional-derivativo (PD). 
	2.8.6 Acción proporcional-integral-derivativo (PID). 
	2.9 Criterios de comportamiento. 
	2.10 Reglas de sintonización para controladores PID 
	2.11 Simulación de sistemas de control 
	3 CAPITULO 3: CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES (PLC). 
	3.1 Pequeña reseña histórica 
	3.2 Introducción a los PLC 
	3.2.1 Definición de autómata programable 
	3.2.2 Campos de aplicación 
	3.2.3 Ventajas e inconvenientes de los PLC's 
	3.3 Estructura. Conceptos generales 
	3.3.1 Estructura externa 
	3.3.2 Estructura interna 
	3.3.2.1 Memoria 
	3.3.2.2 CPU 
	3.3.3 Unidades de E/S (Entrada y salida de datos) 
	3.3.4 Interfaces 
	3.3.4.1 Equipos o unidades de programación 
	3.3.4.2 Dispositivos periféricos 
	3.3.5 Ciclo de trabajo de un autómata 
	3.4 Estructura Interna del PLC 
	3.4.1 Entradas y salidas 
	3.4.2 Marcas de memoria 
	3.4.3 Registros y acumuladores 
	3.4.4 Temporizadores y contadores 
	3.4.5 Constantes 
	3.4.6 Estructura del programa 
	3.4.7 Tipos de módulos 
	3.5 Lenguajes de programación 
	3.5.1 Lenguaje a contactos: LD ó KOP 
	3.5.2 Lenguaje por Lista de Instrucciones: IL ó AWL 
	3.5.3 GRAFCET 
	3.5.4 PLANO DE FUNCIONES: FBD 
	3.6 Estándar IEC1131-3 
	3.6.1 Gráfico secuencial de funciones (grafcet) 
	3.6.2 Lista de instrucciones 
	3.6.3 Texto estructurado 
	3.6.4 Diagrama de contactos 
	3.6.5 Diagrama de funciones 
	3.6.6 Organización de tareas 
	3.6.7 Bloques de funciones 
	3.7 Sistemas Lógicos. Álgebra de Boole 
	3.7.1 Funciones generales
	3.7.2 Funciones especiales
	3.8 Ejemplos de aplicación 
	3.8.1 Control de los movimientos de subida y bajada de un ascensor 
	3.8.1.1 Movimientos: 
	3.8.1.2 .Circuito lógico: 
	3.8.2 Taladro semiautomático 
	3.8.2.1 .Circuito lógico: 
	3.9 Elementos del Grafcet 
	3.9.1 Etapas iniciales 
	3.9.2 Etapas normales 
	3.9.3 Acciones asociadas 
	3.9.4 Acciones asociadas condicionadas 
	3.9.4.1 Acción condicionada 
	3.9.4.2 Acción retardada 
	3.9.4.3 Acción limitada 
	3.9.4.4 Acción de impulso 
	3.9.4.5 Acción memorizada 
	3.9.5 Transiciones 
	3.9.6 Receptividades asociadas a las transiciones 
	3.9.7 Líneas de enlace 
	3.10 Diseño y estructuras del Grafcet 
	3.10.1 Desarrollo del sistema 
	3.10.2 Evolución del sistema 
	3.10.3 Secuencia única
	3.10.4 Bifurcación en O. Selección de secuencia.
	3.10.5 Bifurcación en Y. Trabajos en paralelo
	3.10.6 Saltos de etapas
	3.10.7 Bucles
	3.10.8 Subrutinas 
	3.10.9 Macro-etapas 
	3.10.10 Diagramas paralelos 
	4 CAPÍTULO 4: SISTEMAS DIGITALES 
	4.1 Sistemas Digitales en la Automatización Industrial. Pirámide de Control. 
	4.1.1 La computadora como herramienta. 
	4.1.2 La computadora como controlador. 
	4.1.2.1 Contexto histórico de la PC control de procesos 
	4.1.2.2 Funciones de la computadora en el control de procesos 
	4.1.2.3 Computadora en control digital directo (DDC) 
	4.1.2.4 Computadora de vigilancia 
	4.1.2.5 Computadora de supervisión 
	4.1.3 Sistemas de Control Distribuido 
	4.2 Sistemas de tiempo real. 
	4.3 Sistemas SCADA 
	4.3.1 Características de un sistema SCADA 
	4.3.2 Prestaciones 
	4.3.3 Requisitos 
	4.3.4 Componentes De Hardware. 
	4.3.4.1 Funcionalidad del Hardware de un RTU 
	4.3.4.2 Funcionalidad del Software de un RTU 
	4.4 Software SCADA y Principales Productos Comerciales. 
	4.5 Estructura y Componentes de un Software SCADA 
	4.6 Interfaces de Comunicación. 
	4.6.1 Tecnologías de Integración Microsoft (Drivers Específicos) 
	4.6.1.1 COM/DCOM 
	4.6.1.2 Visual Basic for Applications (VBA) 
	4.6.1.3 Interfaz OPC 
	4.6.1.4 ActiveX 
	4.6.1.5 Conectividad remota WebServer (conexión a través de internet) 
	4.7 EVOLUCIÓN DEL SOFTWARE SCADA 
	4.7.1 Tendencias: 
	4.8 ALGUNAS APLICACIONES DE LOS SCADA EN LA INDUSTRIA Y LOS SERVICIOS 
	5 GUÍA GENERAL PARA EL ESTUDIO. 
	5.1 Introducción: 
	5.2 Objetivo General. 
	5.3 Objetivos específicos. 
	5.4 Sistema de contenido por temas. 
	5.4.1 Tema 1. Sensores y Actuadores. 
	5.4.2 Tema 2. Sistemas de Control. 
	5.4.3 Tema 3. Controladores Lógicos Programables (PLC). 
	5.4.4 Tema 4. Sistemas Digitales. 
	5.5 Sistema de evaluación. 
	5.6 Bibliografía Básica: 
	5.7 Bibliografía Complementaria: 
	5.8 INDICACIONES PARA EL ESTUDIO POR TEMAS. 
	5.8.1 Tema 1. SENSORES Y ACTUADORES. 
	5.8.2 Tema 2. SISTEMAS DE CONTROL. 
	5.8.3 Tema 3. CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES (PLC). 
	5.8.4 Tema 4. SISTEMAS DIGITALES. 
	5.8.5 Evaluación Final de la Asignatura: