Cómo normalizar una señal de entrada analógica

  

TyC-005

    Hace algunos días, me tocó revisar una falla en una máquina equipada con un PLC CompactLogix, relacionada con la lectura de un sensor de nivel tipo varilla en un tanque que recibe producto.

Descripción del problema

    El problema fue descrito de la siguiente manera:

• Se reemplazó el sensor de nivel del tanque.

• En la pantalla del panel operador, al llenar el tanque, el nivel se mostraba correctamente como 100%.

• Al vaciar el tanque, el valor mostraba un número incorrecto: -65252%.

    Se sospechó inicialmente que el sensor estuviera enviando una señal errónea.

Verificación del sensor y la tarjeta de entrada analógica

1. Sensor de nivel: Se revisó la corriente enviada por el sensor, que debía variar de 4 a 20 mA conforme el nivel del tanque subía o bajaba.

   • Resultado: la señal variaba correctamente de 4 a 20 mA.

2. Tarjeta de entradas analógicas del PLC: Se verificó que la tarjeta leyera correctamente la señal.

   • Resultado: la tarjeta leía correctamente la señal proporcional al nivel.

    Dado que tanto el sensor como la tarjeta funcionaban correctamente, se procedió a revisar en el programa la normalización de la señal.

Normalización de la señal analógica en el programa

    El programa utilizaba una fórmula sencilla para normalizar la lectura del sensor:

$$y = d \cdot VE - comp$$

donde:

$$d = \frac{LS - LI}{VSE - VIE} \quad ; \quad comp = d \cdot VIE$$

Definición de términos:

Símbolo	Significado
VE	Valor actual de la entrada analógica
comp	Valor de off-set para compensación de la lectura analógica
LS	Límite superior normalizado (máximo nivel, 100%)
LI	Límite inferior normalizado (tanque vacío, 0%)
VSE	Valor leído en el PLC cuando el sensor envía 20 mA
VIE	Valor leído en el PLC cuando el sensor envía 4 mA
d	Relación entre los límites normalizados y los límites leídos
y	Valor normalizado de la lectura analógica

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Procedimiento para calibrar la lectura

1. Definir los límites normalizados:

   • LS = 100% (tanque lleno)

   • LI = 0% (tanque vacío)

   • Los valores intermedios se ajustan dentro de este rango.

2. Definir el límite superior de entrada analógica (VSE):

   • Hacer que el sensor envíe 20 mA.

   • Registrar el valor leído en la entrada analógica del PLC (por ejemplo, 50000).

   • Así, VSE = 50000.

3. Definir el límite inferior de entrada analógica (VIE):

   • Hacer que el sensor envíe 4 mA.

   • Registrar el valor leído en la entrada analógica del PLC (por ejemplo, 0).

   • Así, VIE = 0.

Resultado de la normalización

    Al aplicar la fórmula, el valor normalizado $y$ variará de 0% a 100%, según cambie la señal analógica del sensor.

• Ejemplo: una lectura analógica de 25000 indica un nivel del 50% en el tanque.

Solución final

    El problema se resolvió al calibrar correctamente los valores de 4 y 20 mA que enviaba el sensor de nivel.

    A partir de esta calibración:

• La lectura del panel operador reflejó correctamente el nivel del tanque.

• La máquina trabajó satisfactoriamente, sin valores negativos ni errores en la pantalla.