Cuando nos iniciamos en la automatización industrial tarde o temprano todos escuchamos la misma pregunta: ¿esta señal es digital o analógica? Puede parecer un detalle menor, pero en realidad es una de las decisiones más importantes a la hora de diseñar, cablear y programar cualquier instalación. Confundir un tipo de señal con otro no solo provoca lecturas erróneas, sino que puede llegar a dañar entradas de un PLC o hacer que un sistema completo de control se comporte de forma errática sin que nadie entienda por qué.
En este artículo vamos a desmontar esta diferencia desde la base, con ejemplos reales de sensores que cualquier técnico se encuentra a diario en planta, y vamos a entender también qué distingue a un sensor activo de uno pasivo, un matiz que suele generar confusión incluso entre quienes ya llevan tiempo trabajando con automatismos.
Qué es una señal digital
Una señal digital, es aquella que solo puede tomar dos estados posibles: encendido o apagado, presencia o ausencia, uno o cero. No existen valores intermedios con significado propio. El PLC interpreta esa señal simplemente comprobando si hay tensión presente en la entrada o no la hay, y a partir de ahí decide si una condición se cumple o no se cumple.
El ejemplo más clásico de sensor digital es el sensor inductivo. Este tipo de sensor genera un campo electromagnético de alta frecuencia a través de una bobina interna, y cuando un objeto metálico entra en ese campo, provoca una pérdida de energía que el circuito interno del sensor detecta e interpreta como presencia de objeto. La salida del sensor cambia de estado, normalmente de 0 a 24 voltios en corriente continua, y ese cambio es lo único que le interesa al PLC: no importa si el objeto está a dos milímetros o a tres milímetros dentro del rango de detección, la señal es la misma, simplemente detecta presencia o ausencia. Los sensores inductivos son extremadamente comunes en la detección de piezas metálicas en cintas transportadoras, en el conteo de productos, o en la verificación de la posición de un cilindro neumático cuando este lleva un vástago o pistón metálico.
Otro ejemplo igual de habitual es el final de carrera, también llamado interruptor de posición o limit switch. A diferencia del sensor inductivo, que no tiene contacto físico con el objeto, el final de carrera es un dispositivo electromecánico que se activa mediante contacto directo: una leva, una puerta, un carro o cualquier elemento móvil presiona físicamente un rodillo o una palanca, y ese movimiento mecánico abre o cierra un contacto eléctrico interno. Su señal también es digital por naturaleza, aunque su tecnología sea completamente distinta a la de un sensor inductivo. Los finales de carrera se siguen utilizando masivamente para detectar posiciones extremas de seguridad, como el límite superior o inferior de un elevador, o el cierre completo de una puerta de protección en una máquina.
Qué es una señal analógica
Una señal analógica, en cambio, puede tomar distintos valores dentro de un rango determinado, y ese valor concreto tiene significado por sí mismo. No se trata de saber si algo está presente o ausente, sino de conocer una magnitud continua: cuánta temperatura hay, cuánta presión, cuánto nivel, cuánto caudal.
El ejemplo por excelencia es el transmisor de temperatura. Un transmisor de temperatura industrial típico, conectado a una sonda PT100 o a un termopar tipo K, convierte internamente la variación de resistencia o de tensión generada por el sensor en una señal estandarizada que el PLC pueda leer sin necesidad de interpretar directamente la física del sensor original. Esa señal estandarizada suele ser de 4 a 20 miliamperios en corriente, o de 0 a 10 voltios en tensión, dependiendo de cómo esté configurado el transmisor y de qué tipo de tarjeta analógica tenga el autómata para recibirla.
El transmisor de presión funciona bajo el mismo principio. Internamente, el sensor de presión suele emplear un elemento piezorresistivo o capacitivo que varía su comportamiento eléctrico en función de la presión física ejercida sobre un diafragma, y el transmisor convierte esa variación en la misma señal normalizada de 4 a 20 mA o de 0 a 10 V, lista para ser leída por el sistema de control.
El escalado: traducir voltios en magnitudes reales
Aquí es donde muchos técnicos que empiezan se pierden. El PLC, en su entrada analógica, no lee directamente grados centígrados ni bares de presión. Lee un valor eléctrico bruto, normalmente expresado como un número entero dentro de un rango interno del propio autómata, por ejemplo de 0 a 27648 en el caso de muchos PLC Siemens con tarjetas analógicas estándar, correspondiente a ese rango de 4 a 20 mA o de 0 a 10 V.
El escalado es precisamente el proceso de convertir ese valor bruto en una magnitud con sentido físico real. Si un transmisor de temperatura está configurado para representar un rango de 0 a 200 grados centígrados mediante una señal de 4 a 20 mA, entonces 4 mA equivalen a 0 grados y 20 mA equivalen a 200 grados, y cualquier valor intermedio se calcula de forma proporcional y lineal entre esos dos extremos. En programación, esto normalmente se resuelve con una función de escalado que toma el valor bruto de entrada, conoce los límites mínimo y máximo tanto de la señal eléctrica como de la magnitud física real, y devuelve el valor ya convertido para que pueda mostrarse en una pantalla HMI o utilizarse en un lazo de control PID.
La elección entre trabajar en corriente, con el estándar de 4 a 20 mA, o en tensión, con 0 a 10 V, no es casual. La señal en corriente tiene una ventaja fundamental sobre distancias largas de cableado: no se ve afectada por caídas de tensión provocadas por la resistencia del propio cable, ya que la corriente se mantiene constante en un circuito en serie independientemente de la longitud del conductor, dentro de unos límites razonables. Además, el hecho de que el rango comience en 4 mA y no en 0 mA permite distinguir un valor real de cero de una avería o rotura de cable, ya que si la corriente cae a 0 mA el sistema puede detectar inmediatamente que existe un fallo en la instalación, por ejemplo un cable roto. La señal en tensión, en cambio, resulta más sencilla de implementar y suele preferirse en distancias cortas dentro del propio cuadro eléctrico o en aplicaciones donde el coste del transmisor es un factor determinante.
Sensores activos y sensores pasivos
Además de la distinción entre digital y analógico, existe otra clasificación que resulta igual de relevante a la hora de cablear e interpretar cualquier transmisor conectado a un lazo de corriente: la diferencia entre dispositivo activo y dispositivo pasivo.
Un dispositivo activo es aquel que dispone de su propia fuente de alimentación interna y es él mismo quien genera y regula la tensión o la corriente que circula por el lazo. La tarjeta analógica del PLC, en este caso, se limita a leer la corriente que le llega; no necesita aportar energía al circuito porque el propio transmisor ya trae la suya. Existen transmisores autoalimentados internamente, y también configuraciones donde la alimentación llega por un par de bornes independiente del par que transporta la señal de 4 a 20 mA, algo habitual en equipos que necesitan más potencia interna, como caudalímetros másicos tipo Coriolis o electromagnéticos con pantalla integrada y salidas adicionales.
Un dispositivo pasivo, por el contrario, no tiene fuente propia. Necesita que la alimentación le llegue desde fuera, normalmente desde la propia tarjeta analógica del PLC o desde una fuente externa de 24 V conectada en serie en el mismo lazo, y es esa energía externa la que el transmisor utiliza para poder regular la corriente entre 4 y 20 mA en función de la magnitud que está midiendo.
Esta distinción es exactamente la que hay que tener en cuenta a la hora de cablear una entrada analógica: si el dispositivo es pasivo, el propio módulo del PLC debe aportar la alimentación de 24 V dentro del lazo, y si es activo, el módulo solo necesita leer la señal porque la alimentación del lazo ya la aporta el transmisor. Confundir ambos casos es una de las causas más habituales de que una entrada analógica no lea absolutamente nada, o de que se puentee mal un lazo de corriente al ponerlo en marcha por primera vez.
Por qué esta distinción importa en el día a día
Entender si una entrada del PLC va a recibir una señal digital o analógica, y si el sensor conectado a ella es activo o pasivo, condiciona absolutamente todo el diseño eléctrico de una instalación: el tipo de cable a utilizar, si conviene apantallarlo para evitar interferencias en señales analógicas de bajo nivel como las de un termopar, qué tipo de tarjeta debe llevar el PLC, y cómo debe programarse la lógica de lectura e interpretación de cada valor.
Un técnico que confunde una entrada digital con una analógica puede terminar leyendo un valor fijo de 24 V como si fuera una temperatura variable, sin darse cuenta de que el problema no está en el sensor sino en la configuración del hardware. Y un técnico que no distingue un sensor activo de uno pasivo puede intentar alimentar un termopar con 24 V, dañando el dispositivo o siendo directamente incapaz de conseguir ninguna lectura coherente. Dominar esta base, aunque parezca elemental, es lo que separa a quien simplemente sigue un esquema eléctrico de quien realmente entiende por qué ese esquema está diseñado de esa manera.