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Neumática
ÍNDICE Unidad I: “SISTEMAS NEUMÁTICOS” 1.
2.
Neumática y otras energías..............................................................................1 1.1. Aire atmosférico ...................................................................................1 1.2. Neumática............................................................................................1 1.3. Medios de trabajo y criterios de selección ..............................................1 1.4. Medios de mando y criterios de selección...............................................2 1.5. Propiedad del aire comprimido como medio de trabajo ...........................2 Producción de aire comprimido ........................................................................3 2.1. Preparación de aire comprimido ............................................................4 2.2. Distribución del aire comprimido............................................................5 2.3. Tuberías...............................................................................................5 2.4. Racores o conectores............................................................................6 2.5. Elementos de trabajo: cilindros..............................................................7 2.6. El cilindro de simple efecto....................................................................7 2.7. El cilindro de doble efecto .....................................................................8 2.8. Consumo de aire ................................................................................10 2.9. Elementos de mando ..........................................................................11 2.10. Válvula de distribución ........................................................................11 2.11. Simbología .........................................................................................11 2.12. Accionamiento de válvulas ..................................................................13 2.13. Elaboración de esquemas de mando ....................................................14
Unidad II: “ACTUADORES Y VÀLVULAS” 1.
2.
Actuadores lineales........................................................................................25 1.1. Cilindro de simple efecto .....................................................................25 1.2. Cilindro de doble efecto ......................................................................26 1.3. Cilindro de doble efecto con amortiguación interna regulable ................27 1.4. Cilindro con unidad de bloqueo............................................................28 1.5. Cilindro de vástagos paralelos .............................................................29 1.6. Cilindro plano con vástago antigro .......................................................29 1.7. Cilindro de doble vástago ....................................................................30 1.8. Cilindro tandem ..................................................................................31 1.9. Cilindro multiposicional .......................................................................31 1.10. Unidades deslizantes...........................................................................32 1.11. Cilindro de tope ..................................................................................33 1.12. Cilindro compacto ...............................................................................33 1.13. Amortiguadores hidráulicos .................................................................34 1.14. Mesa lineal de traslación .....................................................................34 1.15. Unidad oleoneumática.........................................................................35 1.16. Cilindro sin vástago.............................................................................36 Actuadores de giro ........................................................................................36 2.1. Actuador de giro mediante piñón cremallera.........................................36 2.2. Actuador de giro por paleta.................................................................37 1
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3.
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2.3. Actuador giratorio con doble cremallera y piñón................................... 38 2.4. Actuadores rotolineales ...................................................................... 39 Válvulas distribuidoras................................................................................... 40 3.1. Válvula distribuidora 2/2, cerrada en reposo, con junta de bola............. 40 3.2. Válvula distribuidora 3/2, cerrada en reposo, con asiento plano ............ 41 3.3. Válvula distribuidora 3/2, cerrada en reposo, de corredera ................... 41 3.4. Válvula distribuidora 3/2, cerrada en reposo, servopilotada................... 43 3.5. Válvula de estrangulación regulable..................................................... 44 3.6. Válvula antirretorno............................................................................ 45 3.7. Válvula de estrangulación regulable con antirretorno ............................ 45 3.8. Regulación de la velocidad.................................................................. 46 3.9. Válvula de escape rápido .................................................................... 48 3.10. Válvula distribuidora 3/2, de accionamiento neumático (monoestable)... 49 3.11. Válvula distribuidora 5/2, de accionamiento neumático (monoestable)... 50 3.12. Válvula distribuidora 5/2, de corredera longitudinal y accionamiento neumático ......................................................................................... 51 3.13. Válvula selectora de circuito (función “OR” o “O”) ................................ 52 3.14. Válvula de simultaneidad (Función “AND” o “Y”) .................................. 52 3.15. Temporizador cerrado en la posición de reposo.................................... 53 3.16. Temporizador abierto en la posición de reposo..................................... 54 3.17. Válvula de secuencia .......................................................................... 56 3.18. Válvula limitadora de presión .............................................................. 57
UNIDAD III: “COMPONENTES ELÉCTRICOS Y ELECTRONEUMÁTICOS” 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Unidad de alimentación de energía ............................................................... 59 Elementos eléctricos de entrada. ................................................................... 60 Sensores ...................................................................................................... 62 Relé y contactor............................................................................................ 70 Solenoides.................................................................................................... 73 Sistemas convertidores electroneumáticos ...................................................... 76
UNIDAD IV: “MANDOS SECUENCIALES” 1.
Mandos secuenciales..................................................................................... 81 1.1. Definición de mando........................................................................... 81 1.2. Clasificación de los mandos................................................................. 82 1.2.1. Mando síncrono .................................................................. 83 1.2.2. Mando asíncrono................................................................. 83 1.2.3. Mando combinatorio............................................................ 83 1.2.4. Mando secuencial................................................................ 83 1.3. Ventajas de los mando secuenciales .................................................... 84 1.4. Estructura de un mando secuencial ..................................................... 84 1.4.1. Tratamiento preliminar ........................................................ 84 1.4.2. Tratamiento secuencial........................................................ 85 1.4.3. Tratamiento posterior.......................................................... 85
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UNIDAD V: “AUTOMATIZACIÓN LÓGICA PROGRAMABLE” 1. 2.
3.
4.
Tableros eléctricos de automatización basados en relés ...................................87 1.1. El tablero eléctrico ..............................................................................88 1.2. Ventajas y desventajas de los tableros eléctricos ..................................88 El PLC como alternativa al automatismo .........................................................90 2.1. Ventajas del PLC respecto a la lógica convencional ..............................91 2.2. Funciones lógicas ..............................................................................93 2.2.1. Función lógica y (and) .........................................................93 2.2.2. Función lógica o (or)..........................................................96 Arquitectura del PLC....................................................................................99 3.1. Estructura básica de un PLC ................................................................99 3.2. Fuente de alimentación ..................................................................... 100 3.3. Unidad de procesamiento central (C.P.U.) .......................................... 100 3.4. Módulos o interfases de entrada y salida (E/S) ................................... 101 3.4.1. Módulos de entrada discreta .............................................. 102 3.5. Módulos de memoria ........................................................................ 107 3.6. Unidad de programación ................................................................... 109 3.7. Memorias internas ............................................................................ 110 Sistemas de configuración ........................................................................... 117 4.1. Configuración: PLC compacto ............................................................ 117 4.2. Configuración: PLC modular .............................................................. 118 4.3. Configuración: PLC compacto-modular............................................... 120
UNIDAD VI: “HERRAMIENTAS DESCRIPTIVAS DE LOS AUTOMATISMOS” 1. 2. 3. 4. 5.
6.
Expresión textual y lenguaje literal ............................................................... 122 Diagramas de desplazamiento...................................................................... 124 Ecuaciones booleanas.................................................................................. 127 Diagrama lógico .......................................................................................... 128 4.1. Funciones combinatorias ................................................................... 128 4.2. Funciones secuenciales ..................................................................... 128 Esquemas de contactos ............................................................................... 131 5.1. Esquemas de contactos para realización cableada .............................. 131 5.2. Diagrama en escalera para expresión lógica ....................................... 133 5.3. Organigramas y diagrama de flujo ..................................................... 133 El gráfico funcional (grafcet) ........................................................................ 134
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Unidad I
SISTEMAS NEUMÁTICOS 1.
NEUMÁTICA Y OTRAS ENERGÍAS 1.1.
AIRE ATMOSFÉRICO Contenido: Nitrógeno Oxigeno Otros
N2 79% O2 21% H2, CO2 y H2O
PRESIÓN ATMOSFÉRICA A NIVEL DEL MAR • A 0ªC esta a 1013 mbar. • Variaciones entre 960 a 1040 mbar. Son registrados por barómetros.
1.2.
NEUMÁTICA a) De BAJA PRESIÓN la que se usa en fluídica, es decir, sin elementos de trabajo (llamados también NEUMATICA LOGICA) • Presión utilizado: hasta 1.5 bar. • Aplicación mandos. b) NEUMÁTICA A PRESIÓN NORMAL O NEUMÁTICA CONVENCIONAL • Campo de presión: 6 hasta 8 bar. • Aplicación: Elementos de trabajo y mandos. c) NEUMÁTICA DE ALTA PRESIÓN • Hasta 30 bar. • Aplicación: casos especiales, cuando existen riesgos en usar elementos de trabajo de tipo eléctrico.
1.3.
MEDIOS DE TRABAJO Y CRITERIOS DE SELECCIÓN Se puede utilizar la: • MECÁNICA • ELECTRICIDAD • NEUMÁTICA • HIDRÁULICA
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Para la selección de estas tecnologías se pueden seguir los siguientes criterios: • Fuerza lineal • Fuerza rotativa • Carrera • Velocidad • Tamaño • Duración • Manejo (peligros) • Seguridad • Ruido • Sensibilidad • Costos • Medio ambiente
1.4.
MEDIOS DE MANDO Y CRITERIOS DE SELECCIÓN • • • • •
MECÁNICA ELECTRICIDAD HIDRÁULICA NEUMÁTICA: -A baja presión; - A presión normal ELECTRÓNICA
CRITERIO DE SELECCIÓN • • • • • • • •
Fiabilidad Velocidad de la señal Tamaño Sensibilidad (influencia ambiental) Duración Manejo Reparación Costo
VENTAJAS DEL MANDO NEUMÁTICO FRENTE AL HIDRÁULICO • Velocidad grande (3 m/s) frente al hidráulico (1 m/s) • Menos pesados (en muchos casos) • Manejo y reparación.
1.5.
PROPIEDAD DEL AIRE COMPRIMIDO COMO MEDIO DE TRABAJO VENTAJAS: • Hay en grandes cantidades • Puede conducirse a grandes distancias sin retorno
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• • • • • • • • • •
Se puede acumular Es insensible a cambios de temperatura No hay peligro de incendio Es limpio Fluye a mayor velocidad que los líquidos Es controlable: presión, velocidad y caudal Los elementos de trabajo son simples y baratos Movimientos rectilíneos son simples de realizar y económicos Movimientos rotativos san fáciles de realizar (hasta 500,000 RPM). Alta velocidad de movimientos.
DESVENTAJAS: • El aire atmosférico contiene impurezas y humedad, debe ser preparado (filtrado y secado). • El compresible (no permite movimientos uniformes) Stick-Slip • El aire de escape es ruidoso y desagradable • Sólo es económico hasta 6-8 bares • El rendimiento es bajo • El aire comprimido es una energía cara
2.
PRODUCCIÓN DE AIRE COMPRIMIDO • El aire es compresible • Producción mediante compresores
TIPOS DE COMPRESORES • De émbolo (da mayor presión) • de una etapa (hasta 8 bares) • de varias etapas • De membrana o diafragma • De paletas (multicelular) • Root (lóbulo) • De tornillo • Turbocompresor (axial y radial)
Figura 1.1
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2.1.
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PREPARACIÓN DE AIRE COMPRIMIDO Como el aire contiene agua (humedad), polvo, óxidos de metales, aceite, debe secársele utilizando el SECADOR DE AIRE. • Adsorción (adhesión) • Absorción • Enfriamiento
Figura 1.2
FILTRO DE AIRE, retiene impurezas y filtra la humedad.
Filtro
Filtro con purga manual de condensados
Figura 1.3
Figura 1.4
LUBRICADOR, se basa en el principio Venturi; el aceite es aspirado proporcionalmente al flujo de aire. Use aceites especiales. Ejm: Shell Tellus 15.
Figura 1.5
La unidad de mantenimiento está compuesta para un filtro, reductor o regulador de presión y un lubricador (FRL).
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Figura 1.6
2.2.
DISTRIBUCIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO DEPÓSITOS, ACUMULADORES • Ejecución vertical • Ejecución horizontal • Miniacumulador que se suspende en la tubería El volumen del acumulador en m3 debe corresponder al consumo o flujo suministrado por minuto. Por ejm.: Para el flujo de 300 l/min., la capacidad del acumulador debe ser de 300 litros aproximadamente.
Figura 1.7
Es más económico instalar un depósito más bien grande que uno demasiado pequeño. Hay que respetar las reglas y recomendaciones de mantenimiento que da el fabricante. 2.3.
TUBERÍAS Es la red de aire comprimido. La selección de la tubería depende de:
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• La velocidad de circulación admisible (hasta 10m/s) • La pérdida de presión admisible (0,1 …. 0,3 bar) • La presión de trabajo (6 bar), todos los elementos de trabajo están diseñados para 6 bar. • Número de puntos de estrangulación • La longitud de tuberías.
Figura 1.8
2.4.
RACORES O CONECTORES 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Con roscas (entre tubos) Con casquillo (para plásticos o acero) Con anillo trapecial Con tuerca y nervadura Con junta cónica Para tubería plástica, con rosca interior y exterior Conectores rápidos
Figura 1.9
Figura 1.10
Figura 1.11
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2.5.
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ELEMENTOS DE TRABAJO: CILINDROS GENERALIDADES Los 1. 2. 3. 4.
equipos de mando neumático se componen de: Elemento de trabajo (órgano de accionamiento) Elemento de maniobra (órgano de potencia) Elementos de tratamiento (de mando) Elementos de emisión de señales (de introducción)
En la parte ejecutiva de trabajo se transforma la energía neumática por medio de cilindros y motores (actuadores) a trabajo mecánico. 2.6.
EL CILINDRO DE SIMPLE EFECTO Símbolo:
Figura 1.12
Tipos: 1. De diafragma 2. De fuelle (permite mayor carrera que el 1) 3. De émbolo
El resorte interno limita la carrera de este cilindro hasta 100 mm. Cilindro neumático de simple efecto, retroceso por efecto de fuerza exterior:
Figura 1.13
FUNCIONAMIENTO La presión se aplica sólo a un lado, Un solo sentido de trabajo y retorno por resorte por fuerza exterior.
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APLICACIÓN • • • • •
Sujetar Expulsar Remachar Comprimir Sellar.
FUERZA DEL ÉMBOLO Teóricamente:
Ft = P.A
Donde:
F: fuerza teórica P: presión aplicada al cilindro A: área del émbolo
En la práctica, la fuerza útil es:
Fu = P.A - Ff - Fr Donde:
2.7.
Ff: fuerza de fricción Fr: fuerza de resorte Fu: fuerza útil
EL CILINDRO DE DOBLE EFECTO Símbolo: de un solo vástago
Figura 1.14
La fuerza desarrollada por el vástago es mayor al salir que al regresar debido a que el área de retorno es menor (falta el área del vástago). Carrera: hasta 2000mm. Símbolo: de doble vástago
Figura 1.15
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La flexión es menor y la fuerza desarrollada por el vástago es la misma en ambos sentidos Símbolo: Cilindro con amortiguación regulable
Figura 1.16
FUNCIONAMIENTO DEL CILINDRO DE DOBLE EFECTO • La presión se aplica a los dos lados del émbolo. • Permite producir trabajo en los dos sentidos del movimiento. • Existe peligro de pandeo.
APLICACIÓN • Múltiple y de tipo universal. Ejm. Abrir y cerrar puertas.
FUERZA DEL ÉMBOLO DE UN SÓLO VÁSTAGO Fuerza de extensión, teóricamente:
A1 = D2.π 4
Fe. = P. A 1 ;
Fuerza de retracción, teóricamente:
Fr = p (D2 - d2) π 4
En la práctica estas fuerzas son afectadas por la fricción.
Fe = p.A1 - Ff
y
Fr = p.A2 - Ff 9
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CON DOS VÁSTAGOS Las fuerzas y velocidades son iguales
Fr = p (D2 - d2) π 4
2.8.
CONSUMO DE AIRE En un cilindro
Figura 1.17
Si la temperatura es constante, la ley de Boyle - Mariotte dice: P1 V1 = P2 V2 El consumo de aire depende del volumen del cilindro Vc, del número de movimientos por unidad de tiempo y de la presión de trabajo. Qs = Vc. n Pman + Patm Patm Qd = Vc.2n Pman + Patm Patm En donde: Qs = Caudal o consumo del cilindro de simple efecto de aire de alimentación. Qd = Caudal o consumo de cilindro de doble efecto de aire de alimentación. Vc = Volumen del cilindro Vc = A.S
S: carrera del émbolo A: Area del émbolo
n = número de desplazamientos por minuto Pman = presión manométrica de trabajo (en bar) Patm = Presión atmosférica
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2.9.
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ELEMENTOS DE MANDO GENERALIDADES Las válvulas son dispositivos para controlar, dirigir, graduar el flujo, marcha-parada, presión, tiempo, dirección, posición. Se tiene las siguientes válvulas: • • • •
Válvulas Válvulas Válvulas Válvulas
distribuidoras de flujo o de caudal de presión de bloqueo.
2.10. VÁLVULA DE DISTRIBUCIÓN Se emplean en la neumática como elementos emisores de señal, de mano y de maniobra. Las válvulas abren o cierran, o cambia la dirección y sentido del flujo.
2.11. SIMBOLOGÍA Toda válvula está representada por un cuadrado. El número de cuadrados indica el número de posiciones. Ejm.:
2 Posiciones 3 posiciones; posición o es de reposo 3 vías / 2 Posiciones 4 vías / 2 Posiciones con pase: P-B; A-R 5 vías / 2 Posiciones con pase: P-B; A-R; S
Figura 1.18
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DENOMINACIÓN DE LAS CONEXIONES P (1) alimentación de aire comp. A,B,C (2,4) conexiones de trabajo R,S,T (3,5) conexiones de purga o escape Z,Y,X (12,14) conexiones de control y de accionamiento. POSICIÓN DE REPOSO La válvula no accionada llega a la posición de reposo por la fuerza de un resorte. POSICIÓN DE PARTIDA Posición de la válvula al inicial un ciclo de trabajo.
Figura 1.19
Figura 1.20
2.12. ACCIONAMIENTO DE VÁLVULAS Puede ser: • Muscular • Mecánico
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• Combinado • Eléctrico • Neumático
Muscular:
Figura 1.21
Mecánico:
Figura 1.22
Neumático: (accionadas indirectamente, pilotadas)
Figura 1.23
Eléctrico:
Figura 1.24
13
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Combinado:
Figura 1.25
2.13. ELABORACIÓN DE ESQUEMAS DE MANDO EL ESQUEMA DE CONEXIONES EN GENERAL Es la disposición gráfica de los diferentes elementos correspondientes a la cadena demando. REGLAS 1. Repartición del esquema en cadena de mando sin considerar su disposición física. 2. La alimentación de energía debe ser desde abajo hacia arriba, siguiendo el flujo de la señal. 3. En lo posible representar los elementos en posición horizontal (cilindros con vástago a la derecha). 4. Trazar las líneas de conexión (tuberías) en forma recta, evitando cruces. 5. Representar los elementos en la posición inicial de mando. 6. Usar la misma simbología e identificación de componentes en el esquema y en los dispositivos a) Numeración continua b) Numeración por grupo ESQUEMAS O CIRCUITOS BÁSICOS MANDO DIRECTO DE UN CILINDRO DE SIMPLE EFECTO
Figura 1.26
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MANDO DIRECTO DE UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO
Figura 1.27
Nota: El mando directo sólo se utiliza para elementos de trabajo de pequeño volumen. MANDO INDIRECTO DE UN CILINDRO DE SIMPLE EFECTO
Figura 1.28
MANDO INDIRECTO DE UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO El mando indirecto se utiliza para elementos de trabajo grandes, o cuando están ubicados a distancia. (Válvulas 1S Y 2S son pequeñas).
Figura 1.29
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RETROCESO AUTOMÀTICO DE UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO MEDIANTE UNA SEÑAL DE FIN DE CARRERA La salida del vástago se produce por el pulsador 1S (arranque) el retorno se realiza mediante la válvula 2S accionada por rodillo al final de carrera.
Figura 1.30
MOVIMIENTO DE VAIVEN CONTINUO DE UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO CON PARADA EN UNA POSICIÓN FIJA
Después de accionar la válvula 3S. el cilindro realiza un movimiento de vaivén hasta que ésta se cierra, el cilindro finalizará su ciclo y se detendrá.
Figura 1.31
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VÁLVULAS DE CAUDAl Y DE BLOQUEO VÁLVULA DE ESTRANGULAMIENTO Restringe el área de paso del aire Bidireccional fija, y variable:
Figura 1.32
Ajustable por acción mecánica:
Figura 1.33
Ejemplo de aplicación:
Figura 1.34
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VÁLVULA DE BLOQUEO O ANTIRRETORNO • VÁLVULA ANTIRRETORNO
Figura 1.35
APLICACIONES: • Seguridad, en dispositivos de sujeción • Evitar el vaciado de las redes de distribución • Seleccionar y evitar la influencia de menor presión. Ejemplo de aplicación
Figura 1.36
VÁLVULA DE ESTRANGULAMIENTO Y DE ANTIRRETORNO Es la combinación de una válvula de estrangulamiento y otra de bloqueo en una sola unidad. Esto permite controlar el flujo de aire en un sentido y en el otro hay flujo libre.
Figura 1.37
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APLICACIONES • Control de velocidad en un sentido o dos sentidos, utilizando una o dos válvulas respectivamente. • Para un inicio rápido de avance se estrangula la salida del aire. • Para mayor fuerza resultante se estrangula la alimentación (entrada). • En un cilindro de simple efecto se puede controlar la velocidad de salida y entrada del vástago colocando dos válvulas en línea.
Figura 1.38
VÁLVULA SELECTORA Son válvulas de bloqueo con dos entradas y una salida.
Figura 1.39
Esta válvula dará pase hacia A de una señal en P1 o en P2. Si se tiene a la vez dos presiones diferentes en P1 y P2, pasará la mayor. Ejemplo de aplicación
Figura 1.40
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APLICACIONES: • Mando de un elemento de trabajo desde dos puntos. • En lógica, neumática cumple la función 0 (OR)
VÁLVULA DE SIMULTANEIDAD Habrá presión de salida en A, solo si se tiene señal en P1 y en P2 a la vez.
Figura 1.41
APLICACIÓN • Mando de seguridad de dos mandos • Enclavamiento para mando automático • En lógica neumática cumple la función Y (AND) • Ejemplo de aplicación
Figura 1.42 Puede recurrirse al siguiente circuito para la misma finalidad.
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Figura 1.42 Pero en este caso la señal tarda más tiempo para ejecutar la acción.
VÁLVULA DE ESCAPE RAPIDO Es una válvula de bloque con posibilidad de cerrar la entrada P o la purga R y con conexión A. Debe conectarse cerca al elemento de trabajo.
Figura 1.43
APLICACIÓN • Purga rápida de cilindros grandes. • Alta velocidad de retroceso. VÁLVULA TEMPORIZADORA Combinación de válvula distribuidora 3/2, válvula de estrangulamiento con antirretorno y un acumulador de aire comprimido.
Figura 1.44
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APLICACIÓN: • Para obtener un intervalo de tiempo entre la entrada de la señal de mando y su salida. Este tiempo es ajustable. Por ejemplo entre 1 y 30 seg.
VALVULAS DE PRESIÓN VÁLVULA LIMITADORA DE PRESIÓN (Válvula de seguridad) Protege de sobre presión en un sistema neumático.
Figura 1.45 Es un componente de todo equipo productor de aire comprimido.
VÁLVULA DE SECUENCIA Es una válvula similar a la válvula limitadora de presión; se diferencia únicamente en su aplicación.
Figura 1.46
APLICACIONES: • Para consumidores de preferencia. • Donde debe garantizarse una presión mínima • Para obtener una secuencia.
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VÁLVULA REGULADORA DE PRESIÓN Regula la presión de trabajo VÁLVULA REGULADORA DE PRESIÓN SIN ESCAPE No puede reducir la presión cuando A es excesiva:
Figura 1.47
VÁLVULA REGULADORA DE PRESIÓN CON ESCAPE
Cuando en A la presión es excesiva ésta es purgada por 3.
Figura 1.48
APLICACIÓN: En toda unidad de mantenimiento (Grupo FRL) para regular la presión secundaria o de trabajo.
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ANOTACIONES ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................
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UNIDAD II
ACTUADORES Y VÁLVULAS
1.
ACTUADORES LINEALES
1.1.
CILINDRO DE SIMPLE EFECTO El cilindro de simple efecto debe producir una fuerza y un movimiento en sentido rectilíneo. El cilindro de simple efecto consta de los siguientes elementos: 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Cuerpo del cilindro Tapa anterior y posterior Embolo con vástago Juntas de estanqueidad Muelle de recuperación Cojinete
Figura 2.1
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Funcionamiento El aire comprimido ingresa a la cámara posterior (8) por el conducto (7), la presión que se va formando produce una fuerza F sobre la superficie del embolo (3), originando así el movimiento de avance del embolo junto con el vástago. Una vez que el vástago ha salido totalmente, la presión sigue aumentando hasta alcanzar la presión de trabajo disponible en la alimentación. Después que se ha liberado la presión en el cilindro, el muelle (5) hace que el embolo vuelva a su posición de partida. Los cilindros de simple efecto son alimentados con aire comprimido por un solo lado, por lo que únicamente pueden trabajar en un solo sentido. Debido al muelle incorporado, la carrera debe ser relativamente corta, ya que al aumentar esta, disminuye la fuerza efectiva del embolo. El orificio de escape (10) no debe cerrarse, para que no se forme sobrepresión en la cámara (9) del vástago, durante su salida.
Aplicación Los cilindros de simple efecto se utilizan para sujetar, prensar, elevar, alimentar, etc.
1.2.
CILINDRO DE DOBLE EFECTO Estos cilindros se componen de: 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15.
Cuerpo del cilindro Tapa anterior Tapa posterior Embolo con vástago Juntas de estanqueidad Cámara anterior. Cámara posterior Cojinete Reten exterior
Al recibir aire comprimido por la tapa posterior y purgándose el lado anterior, sale el vástago. Cuando el aire se introduce frontalmente el vástago retrocede. A igualdad de presión, la fuerza del embolo es mayor en le avance que en el retroceso, debido a la mayor sección posterior sobre la anterior (anular).
Se designan por:
Ø
Embolo
/Ø
Vástago
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/L
Carrera
, medidas en mm.
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Ejemplo: 25/10/150
Figura 2.2
Aplicación En los casos en que el trabajo sea en dos sentidos; además las carreras que pueden obtenerse son mayores a la de los cilindros de simple efecto.
1.3.
CILINDRO DE DOBLE EFECTO CON AMORTIGUACIÓN INTERNA REGULABLE Cuando se mueven grandes masas con cilindros de doble efecto es preciso utilizar estos tipos. El cilindro se compone adicionalmente, de tapas con válvulas de estrangulación regulable con antirretorno y embolo de amortiguación. Al salir el aire penetra libremente (antirretorno) y el embolo sale con toda fuerza y velocidad. Antes de alcanzar la posición final, el embolo de amortiguación interrumpe la salida directa del aire hacia el exterior. Se constituye una “almohada” de aire debido a la sobrepresión en el espacio remanente del cilindro y el aire solo puede salir a través de una pequeña sección (válvula de estrangulación). En la inversión sucede lo mismo, ya que el embolo tiene amortiguación al salir y al entrar.
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Figura 2.3
Figura 2.4
1.4.
CILINDRO CON UNIDAD DE BLOQUEO El cilindro esta provisto de una cabeza de bloqueo al final de la tapa anterior. Se podrá sujetar así el vástago en cualquier posición. La acción de bloqueo es mecánica. Eso asegura que el vástago del embolo este sujeto correctamente, aun cuando este bajo carga completa.
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Figura 2.5
1.5.
CILINDRO DE VÁSTAGOS PARALELOS Esta unidad esta formada por dos cilindros de igual dimensión, por lo que su fuerza total es la suma de los dos.
Figura 2.6
1.6.
CILINDRO PLANO CON VÁSTAGO ANTIGIRO El embolo tiene una forma ovalada, obteniéndose un actuador con cubierta exterior rectangular, mas plana y que además lleva ya incorporada la condición de antigiro.
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Figura 2.7
1.7.
CILINDRO DE DOBLE VÁSTAGO El guiado del vástago es mejor, puesto que tiene más guías de sujeción. La fuerza resultante es la misma para los dos sentidos, ya que las secciones de aplicación son iguales.
Figura 2.8
Una aplicación típica es el accionamiento de una mesa de carrera larga, en donde están fijos los extremo del vástago.
Figura 2.9
30
TECSUP - PFR
1.8.
Neumática
CILINDRO TANDEM El cilindro esta formado por dos cilindros de doble efecto unidos por un vástago común, para formar una sola unidad. Presurizando simultáneamente las cámaras posteriores de ambos cilindros, la fuerza de salida es casi el doble que la de un cilindro estándar del mismo diámetro. Se utiliza cuando se necesitan fuerzas considerables y el espacio es reducido.
Figura 2.10
1.9.
CILINDRO MULTIPOSICIONAL Este elemento esta constituido por dos o más cilindros de doble efecto. Los diferentes elementos están acoplados como se indica en la figura. Cuando se unen dos cilindros de carreras distintas pueden obtenerse 4 posiciones finales diferentes. Combinando tres cilindros se obtienen 8 posiciones. Con cuatro cilindros 16 posiciones.
Figura 2.11
31
TECSUP – PFR
Neumática
1.10. UNIDADES DESLIZANTES La unidad deslizante es un actuador lineal de precisión, de dimensiones compactas, que se pueden utilizar en robots para fabricación y ensamblaje. La alta precisión de mecanizado de sus componentes, aseguran un movimiento lineal perfectamente recto cuando están integrados como partes constructivas de maquina de transferencia y de posicionamiento.
Figura 2.12
Si los extremos de los vástagos se apoyan sobre superficies de montaje, el cuerpo se puede mover (a).
Figura 2.13
Si el cuerpo se fija, son los vástagos los que se pueden mover (b). En ambos casos, la válvula puede estar conectada a la parte que permanece fija.
32
TECSUP - PFR
Neumática
1.11. CILINDRO DE TOPE El cilindro de tope es un elemento neumático diseñado para detener la marcha de productos y se realicen determinadas operaciones. Se trata de un actuador con vástago y sistema de guiado muy reforzados, capaces de resistir severas cargas deflectoras. En su extremo puede ser incorporado, un elemento de amortiguación hidráulica o elástica, para absorber el golpe originado por el contacto de la pieza frenada.
Figura 2.14
1.12. CILINDRO COMPACTO Es de carrera corta con amortiguación elástica fija y con la posibilidad de detectar a lo largo de su carrera mediante sensores magnéticos de posición. Las dimensiones externas del cilindro, en comparación con otras ejecuciones estándar, son entre 2,5 y 4 veces inferiores en longitud.
Figura 2.15
33
TECSUP – PFR
Neumática
1.13. AMORTIGUADORES HIDRÁULICOS Estos amortiguadores se caracterizan por un ajuste automático de la capacidad de absorción, es decir, es posible amortiguar masa pequeñas con velocidades altas o grandes masas a velocidades menores sin necesidad de ningún tipo de regulación.
Figura 2.16
1.14. MESA LINEAL DE TRASLACIÓN Este componente es una mesa adecuada para la traslación de masas, centradas o descentradas con respecto a su eje simétrico. A pesar de su tamaño reducido, esta construido por dos cilindros que incrementan el esfuerzo lineal. El guiado del carro, se realiza mediante una guía de rodillos cruzados con lo cual el desplazamiento es preciso y silencioso. También es destacable, la detección magnética de fin de carrera y la regulación mecánica con tope de amortiguación elástica de la misma.
Figura 2.17
34
TECSUP - PFR
Neumática
1.15. UNIDAD OLEONEUMÁTICA Este elemento se utiliza, cuando se necesita una velocidad constante y movimientos lentos. Es extremadamente compacto y esta constituido por un cilindro neumático, otro hidráulico de freno y un bloque neumático de mando. Cando se alimenta con aire comprimido comienza su movimiento de traslación, pero al tener que arrastrar el freno hidráulico, independientemente de la resistencia de oposición, el aceite mantiene rigurosamente constante la velocidad de avance.
Figura 2.18
35
TECSUP – PFR
Neumática
1.16. CILINDRO SIN VÁSTAGO Este cilindro presenta ventajas cuando se requiere carreras muy largas y que el espacio total ocupado por el cilindro salido sea reducido. Existen varias clases de cilindros sin vástago:
Figura 2.19 Cilindro sin vástago de transmisión magnética entre el embolo y el carro.
Figura 2.20 Cilindro sin vástago de transmisión mecánica.
2.
ACTUADORES DE GIRO 2.1.
ACTUADOR DE GIRO MEDIANTE PIÑÒN CREMALLERA El eje de salida tiene un piñón que engrana con una cremallera que esta unida a un embolo doble. Los ángulos de rotación varían entre 90° y 180°.
36
TECSUP - PFR
Neumática
Figura 2.21
2.2.
ACTUADOR DE GIRO POR PALETA La presión de aire actúa sobre una paleta que esta unida al eje de salida. La paleta hace un cierre hermético mediante una junta de goma o por un revestimiento elastomérico. Una juna especial tridimensional cierra el tope contra el eje y el asiento. El tamaño del tope, determina el giro: 90°, 180° o 270°.
37
TECSUP – PFR
Neumática
Figura 2.22
2.3.
ACTUADOR GIRATORIO CON DOBLE CREMALLERA Y PIÑÓN Es una mesa giratoria de piñón y doble cremallera. La mesa se apoya sobre rodamientos y es capaz de sustentar cargas elevadas con relación a su tamaño y girarlas con suavidad y precisión. También se dispone en este caso, de la posibilidad de regular el ángulo de giro y, además, absorber la energía cinética por mediación de amortiguadores hidráulicos.
38
TECSUP - PFR
Neumática
Figura 2.23
2.4.
ACTUADORES ROTOLINEALES Estos elementos se utilizan para la manipulación de piezas en maquinas automatizadas, mecanismos robotizados, posicionamientos o cargas y descargas de puestos de trabajo, donde sea necesarios movimientos simultáneos o independientes de traslación y giro.
39
TECSUP – PFR
Neumática
Figura 2.23
3.
VÀLVULAS DISTRIBUIDORAS
3.1.
VÁLVULA DISTRIBUIDORA 2/2, CERRADA EN REPOSO, CON JUNTA DE BOLA La bola es comprimida por un resorte contra su asiento, y cierra el paso del aire de P hacia A. Al descender la leva, la bola es separada de su asiento. Para ello debe vencerse la fuerza del muelle y la presión ejercida sobre la bola.
Figura 2.24
40
TECSUP - PFR
3.2.
Neumática
VÁLVULA DISTRIBUIDORA 3/2, CERRADA EN REPOSO, CON ASIENTO PLANO La característica de esta válvula es el plato, empujado por un resorte contra el asiento. Las válvulas de asiento plano se distinguen por su gran sección transversal de paso con un corto recorrido de accionamiento. Son insensibles a la suciedad y de gran duración. En posición de reposo, la válvula 3/2 cierra el paso de P hacia A; el aire escapa de A hacia R. Al apretar el vástago se cierra el escape, antes de que el plato se levante de su asiento y abra el paso de P hacia A. Se emplea para mandar cilindros de simple efecto y como elemento de señalización para mandar válvulas de accionamiento neumático.
Figura 2.25
3.3.
VÁLVULA DISTRIBUIDORA 3/2, CERRADA EN REPOSO, DE CORREDERA
La válvula distribuidora 3/2 de corredera, puede convertirse de NC a NA o viceversa, intercambiando las conexiones P y R. Sin accionar:
P cerrado Escape de A hacia R
Accionada :
Comunica P con A R cerrado
41
TECSUP – PFR
Neumática
Figura 2.26
Aplicación: Para el control de cilindros de simple efecto cuando el vástago debe salir por breve tiempo, por ejemplo para la expulsión de piezas. También se utiliza para el control de otras válvulas.
Válvula distribuidora 3/2, abierta en reposo, con asiento plano La válvula distribuidora 3/2 abierta en reposo, si no es accionada, deja pasar el aire de P hacia A y cierra el escape R Al apretar el vástago, el plato cierra el paso de P hacia A; luego, el otro plato es levantado de su asiento por el escalón del vástago, quedando abierto el paso de A hacia R.
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TECSUP - PFR
Neumática
Figura 2.27
Aplicación: Se emplea para controlar cilindros de simple efecto, cuando el vástago ha de permanecer en posición extendido durante un tiempo prolongado, por ejemplo para sujeción de piezas (función NO).
3.4.
VÁLVULA DISTRIBUIDORA 3/2, CERRADA EN REPOSO, SERVOPILOTADA La fuerza necesaria para accionar válvulas de asiento pilotadas directamente aumenta mucho con la presión del aire de trabajo. Es posible reducir esta fuerza intercalando válvulas distribuidoras 3/2 de un diámetro nominal pequeño. Al accionar, la válvula pequeña abre el paso de P hacia la membrana del embolo de accionamiento. Este cierra el paso de A hacia R y levanta el embolo de su asiento, quedando comunicado P con A.
43
TECSUP – PFR
Neumática
A
Símbolo en Detalle.
P
R
Figura 2.28
Aplicación: Para la conversión de señales mecánicas en neumáticas, cuando se dispone de pequeñas fuerzas de accionamiento. Cuando la presión desciende por debajo de 3 bar, ya no se garantiza el funcionamiento de la válvula. Esta válvula se pude convertir de cerrada en reposo a abierta en reposo, girando el cabezal 180° e intercambiando las conexiones de P con R.
3.5.
VÁLVULA DE ESTRANGULACIÓN REGULABLE El objeto de la válvula es el de limitar un caudal (litros/min.). Esta limitación se efectúa en ambos sentidos de circulación del aire.
44
TECSUP - PFR
Neumática
Figura 2.29
3.6.
VÁLVULA ANTIRRETORNO Las válvulas de cierre dejan pasar el aire preferentemente en un solo sentido. Cuando la presión vence la fuerza de pretensado del resorte, el cuerpo estanqueizador de la válvula antirretorno se levanta de su asiento, dejando pasar el aire en dicho sentido.
Figura 2.30
3.7.
VÁLVULA DE ESTRANGULACIÓN REGULABLE CON ANTIRRETORNO Estas válvulas dejan pasar el aire comprimido en una sola dirección y únicamente por la sección ajustada entre el cono del tornillo y su asiento. La sección transversal de paso puede variarse desde cero hasta el diámetro nominal de la válvula. En dirección contraria, la membrana se levanta de su asiento y el aire comprimido puede pasar libremente.
45
TECSUP – PFR
Neumática
Figura 2.31
Aplicación: Se utilizan cuando es necesario regular un caudal determinado en un solo sentido, debiendo mantener libre el paso en sentido contrario.
3.8.
REGULACIÓN DE LA VELOCIDAD Regulación primaria: (Estrangulación del aire de alimentación) Al accionar la válvula distribuidora 5/2, el aire de alimentación al cilindro pasa estrangulado a través de la válvula 1.02 y llega el cilindro haciendo salir el vástago con velocidad controlada; el aire de escape del cilindro pasa libre por el antirretorno de la válvula 1.01. Después de la inversión de la válvula 1.1, el aire de alimentación al cilindro pasa estrangulado a través de la válvula 1.01 y llega el cilindro haciendo regresar el vástago con velocidad controlada; el aire de escape del cilindro pasa libre por el antirretorno de la válvula 1.02. Como en ambos casos se estrangula el aire de alimentación al cilindro, este tiene un control de velocidad por regulación primaria al salir y al retornar. La presión que genera una carga es aproximadamente la diferencia de lectura de los dos manómetros.
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TECSUP - PFR
Neumática
1.0 (A)
M1
M2
1.02
1.01 B
1.1
A
S
R P Figura 2.32
Regulación secundaria: (Estrangulación del aire de escape) Al accionar la válvula distribuidora 5/2, el aire de alimentación al cilindro pasa libre a través del antirretorno la válvula 1.01 y actúa sobre la superficie del embolo, el cual empieza a salir, mientras que en la cámara anterior se forma un cojín de aire, incrementándose la presión M2, ya que el aire de escape pasa estrangulado a través de la válvula 1.02 y en el otro lado del embolo se ha formando mas o menos la misma presión M1. Después de la inversión de la válvula 1.1, el aire de alimentación al cilindro pasa libre a través del antirretorno la válvula 1.02 y actúa sobre la superficie anular del embolo, el cual empieza a retornar, mientras que en la cámara posterior se forma un cojín de aire, incrementándose la presión M1, ya que el aire de escape pasa estrangulado a través de la válvula 1.01 y en el otro lado del embolo se ha formando mas o menos la misma presión M2. Como en ambos casos se estrangula el aire de escape del cilindro, este tiene un control de velocidad por regulación secundaria al salir y al retornar.
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TECSUP – PFR
Neumática
La presión que genera una carga es aproximadamente la diferencia de lectura de los dos manómetros.
1.0 (A)
M1
M2
1.01
1.02 B
1.1
A
S
R P Figura 2.33
Comparación Comparada con la estrangulación del aire de alimentación, la estrangulación del aire de escape tiene la ventaja de un avance sin sacudidas (también el retroceso), ya que el embolo esta sujeto entre dos cojines de aire. 3.9.
VÁLVULA DE ESCAPE RÁPIDO Estas válvulas sirven para purgar rápidamente el aire de los cilindros y conductos. Especialmente en cilindros de gran volumen, la velocidad del embolo puede ser aumentada de manera apreciable. Cuando el aire fluye de P hacia A, la junta obturadora cierra el orificio R. Al mismo tiempo, las faldas de obturación cambian de posición (se contraen). Al purgar el aire, este empuja la junta obturadora contra el orificio P, las faldas de obturación cambian de posición adhiriéndose a la pared del
48
TECSUP - PFR
Neumática
cuerpo y el aire escapa directamente por la sección mayor R hacia la atmósfera.
Figura 2.34
Aplicación: Para purgar rápidamente el aire de los cilindros neumáticos y los conductos flexibles de unión. La velocidad del embolo aumenta, ya que el aire escapa por un camino mas corto y no tiene que atravesar nuevamente la válvula distribuidora. Un cilindro de simple efecto debe salir lentamente y regresar lo mas rápido posible.
A
P
A Figura 2.35
P
R
3.10. VÁLVULA DISTRIBUIDORA 3/2, DE ACCIONAMIENTO NEUMÁTICO (MONOESTABLE) Esta válvula cerrada en posición de reposo, es accionada al aplicarle presión al pilotaje Z, comunicándose los conductos P y A, cerrándose el escape R.
49
TECSUP – PFR
Neumática
Al ponerse a escape el conducto Z, el embolo de pilotaje regresa a su posición inicial por medio del muelle. El disco cierra el conducto de P hacia A y el aire contenido en el conducto de trabajo A, escapa por R.
Figura 2.36
3.11. VÁLVULA DISTRIBUIDORA 5/2, DE ACCIONAMIENTO NEUMÁTICO (MONOESTABLE) Estas válvulas se emplean para el mando de cilindros de doble efecto. Las fuerzas necesarias para accionarlas son pequeñas, y el aire puede pasar en ambas direcciones. Sin accionar: El aire pasa de P hacia B El aire escapa de A hacia R S esta cerrado
z
z Accionada: El aire pasa de P hacia A El aire escapa de B hacia S R esta cerrado
z
Figura 2.37
50
TECSUP - PFR
Neumática
3.12. VÁLVULA DISTRIBUIDORA 5/2, DE CORREDERA LONGITUDINAL Y ACCIONAMIENTO NEUMÁTICO La característica de estas válvulas es el movimiento transversal que realiza el órgano de mando con respecto a la dirección del medio a mandar. Las fuerzas rozamiento, pilotaje Z o embargo, la asiento.
de accionamiento solo tienen que vencer la fuerza de por tal razón, con una presión de mando pequeña en el Y, pueden conmutarse presiones de trabajo mas altas. Sin carrera de accionamiento es mayor que en las válvulas de
Figura 2.38
Aplicación: Para el mando de cilindros de doble efecto en ciclos de mando automáticos.
51
TECSUP – PFR
Neumática
3.13. VÁLVULA SELECTORA DE CIRCUITO (FUNCIÓN “OR” O “O”) Esta válvula deja fluir el aire comprimido desde X o Y hacia A, cerrándose la salida opuesta por el desplazamiento de la bola; en caso de diferencias de presión la de mayor presión es la que fluirá hacia A.
Figura 2.39
Aplicación: Para el mando a distancia de elementos neumáticos desde dos puntos diferentes. 3.14. VÁLVULA DE SIMULTANEIDAD (FUNCIÓN “AND” O “Y”) Tiene dos entradas de presión X e Y, y una salida A. En A solo habrá salida cuando ambas entradas reciban aire comprimido. Una única señal bloquea el paso. En caso de diferencias cronológicas de las señales de entrada, la que llega en último lugar sale por A; en caso de diferencias de presión la de menor presión es la que fluirá hacia A.
Figura 2.40
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TECSUP - PFR
Neumática
Aplicación: Se utiliza principalmente en mandos de bloqueo, funciones de control y combinaciones lógicas.
3.15. TEMPORIZADOR CERRADO EN LA POSICIÓN DE REPOSO El temporizador se compone de una válvula distribuidora 3/2 de accionamiento neumático, una válvula de estrangulación regulable y antirretorno, y un pequeño deposito de aire comprimido (acumulador). El aire de pilotaje entra por Z y llega al acumulador a traves de la válvula de estrangulación regulable. En dicho acumulador se forma gradualmente una presión, que cuando alcanza cierto valor, el embolo se desplaza hacia abajo, abriendo el paso de P hacia A y cerrando el de A hacia R. Aplicación: Cuando se desea que la señal de entrada Z actúe después de un tiempo determinado.
Figura 2.41
53
TECSUP – PFR
Neumática
3.16. TEMPORIZADOR ABIERTO EN LA POSICIÓN DE REPOSO El temporizador se compone de una válvula distribuidora 3/2 de accionamiento neumático, una válvula de estrangulación regulable y antirretorno, y un pequeño deposito de aire comprimido (acumulador). El aire de pilotaje entra por Z y llega al acumulador a través de la válvula de estrangulación regulable. En dicho acumulador se forma gradualmente una presión, que cuando alcanza cierto valor, el embolo se desplaza hacia abajo, abriendo el paso de A hacia R y cerrando el de P hacia A. Aplicación: Cuando se desea que la señal de entrada Z actúe después de un tiempo determinado.
Figura 2.42
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TECSUP - PFR
Neumática
Diagramas de mando
Retardo a la conexión (ON DELAY) 1
A
Z 0 1
Z
A P
0
R
T1 Figura 2.43
Retardo a la desconexión (OFF DELAY)
1
A
Z 0 1
Z
A 0
R
P
T2
Figura 2.44
Retardo a la conexión y retardo a la desconexión 1
A
Z 0 1
Z
A P
0
R
T1Figura ………….
Figura 2.45
55
T2
TECSUP – PFR
Neumática
3.17. VÁLVULA DE SECUENCIA Esta válvula sirve para transmitir una señal de P hacia A en función de la presión. Cuando no actúa presión sobre la membrana, la válvula de asiento de bola cierra el paso al aire comprimido proveniente de P; el aire de A escapa por R. Según la tensión previa ajustable del muelle de recuperación de la membrana, hay que aplicar en Z una presión correspondiente mayor, para que el embolo desplaza el cuerpo de la válvula y cierre R. Al seguir avanzando el embolo, el taque levanta la bola de su asiento, abriendo el paso de P hacia A. Aplicación: Se emplea para transmitir una señal solo en el momento en que una pieza a mecanizar este ya sujeta.
Figura 2.46
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TECSUP - PFR
Neumática
3.18. VÁLVULA LIMITADORA DE PRESIÓN Esta válvula se compone de una junta de asiento cónico, un muelle de compresión y un tronillo de ajuste. Cuando la presión actuante en P alcanza un valor que corresponde a la tensión previa del muelle, el cono se levanta de su asiento y franquea el paso hacia el escape. Para evitar oscilaciones a causa de variaciones pequeñas de la presión, delante de del cono hay una cámara de mayor volumen, que solo puede evacuarse por un punto de estrangulación en dirección a R. se conoce también como válvula de sobrepresión o de seguridad.
Figura 2.47
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TECSUP – PFR
Neumática
ANOTACIONES ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................
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Unidad III
COMPONENTES ELÉCTRICOS Y ELECTRONEUMÁTICOS La sección del mando en sistemas electro-neumáticos o electro-hidráulicos esta compuesto de componentes eléctricos y electrónicos. Dependiendo de la tarea a ser realizada, la parte del mando puede variar en el diseño: Los mandos relativamente simples usan componentes electromecánicos (por ejemplo los relays) o una combinación de componentes electromecánicos y los componentes electrónicos. Para las tareas complejas, particularmente el PLC es el màs usado para el mando. Para garantizar el correcto dimensionado de mandos y la rápida localización de errores cuando aparecen es necesario conocer los elementos operativos su constitución, función y aplicación, así como sus símbolos en los esquemas eléctricos. En este capítulo nos proponemos presentar los elementos para la entrada, el procesamiento y la conversión de señales. 1.
UNIDAD DE ALIMENTACIÓN DE ENERGÍA Los sistemas de mando Electro-hidráulico generalmente no se alimentan con electricidad de sus propias fuentes de voltaje (por ejemplo las baterías), sino a través de conductores desde otro suministro principal, vía una unidad de la alimentación eléctrica, llamada también Fuente de alimentación, Fuente de energía. Los módulos de una unidad de la alimentación eléctrica
Figura 3.1
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TECSUP – PFR
Neumática
La unidad de la fuente de energía consiste en los siguientes módulos: • El transformador de tensión, que transforma el voltaje alterno que llega del suministro principal (por ejemplo 220 V) en el voltaje adecuado para el mando (principalmente 24 V). • Un voltaje directo DC aplanado (rizado) se genera por el rectificador y el condensador. • El voltaje DC se estabiliza entonces por el regulador en la línea. 2.
ELEMENTOS ELÉCTRICOS DE ENTRADA. Los Interruptores se instalan en un circuito para abrir o cerrar el flujo de corriente hacia algún dispositivo. En cuanto a la función se distingue entre los elementos contacto de cierre, contacto de apertura y contacto de conmutación. El contacto de cierre (normalmente abierto) tiene el cometido de cerrar el circuito, el contacto de apertura (normalmente cerrado) ha de abrir el circuito, el contacto de conmutación abre o cierra el circuito. Contacto de cierre NA
contacto de apertura NC
contacto de conmutación
Figura 3.2
El contacto de conmutación es un ensamblaje constructivo de contacto de cierre y contacto de apertura. Ambos contactos tienen un elemento móvil de conexión. Este elemento de conexión, en posición de reposo tiene contacto siempre sólo con una conexión. El accionamiento de estos elementos puede tener lugar manual o mecánicamente o bien por mando a distancia (energía de mando eléctrica, neumática). Estos interruptores son divididos en dos grupos principales "interruptores de botón" (Push-botton) y "interruptores de mando." (switch). Los dos tipos del interruptor están disponibles para el funcionamiento como contactos normalmente-cerrados, o normalmente-abiertos. El pulsador (switch), un botón de presión sólo abre o cierra un circuito durante un tiempo, mientras el botón de presión se aprieta. Al soltarlo vuelve a ocupar la posición inicial. 60
TECSUP – PFR
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El interruptor (Push-button), incorpora casi siempre un enclavamiento mecánico. Solo por un nuevo accionamiento regresa el interruptor a la posición inicial.
Figura 3.3
PULSADORES Para que una máquina o instalación pueda ponerse en movimiento, hace falta un elemento que introduzca la señal. Un pulsador, es un elemento tal, que ocupa en el accionamiento continuo la posición deseada de conexión. La figura muestra ambas posibilidades, es decir como contacto de cierre y como contacto de apertura. Al accionar el pulsador, actúa el elemento móvil de conexión en contra de la fuerza del muelle, uniendo los contactos (contacto de cierre) o separándolos (contacto de apertura). Haciendo esto está el circuito cerrado o interrumpido. Al soltar el pulsador, el muelle fuerza la reposición a la posición inicial. Accionamiento
Accionamiento
Contacto Normalmente abierto
Figura 3.4
Contacto Normalmente cerrado
figura 3.5
A continuación se muestran ambas funciones, es decir contacto de cierre y contacto de apertura, están ubicadas en un solo cuerpo. Accionando el pulsador quedan libres los contactos superiores e interrumpen el circuito. En el contacto inferior se establece el elemento de conexión el cierre entre los empalmes,
61
TECSUP – PFR
Neumática
quedando el circuito cerrado. Soltando el pulsador el muelle lleva los elementos de conexión a la posición inicial.
Figura 3.4
Figura 3.6
Un pulsador puede estar equipado también con varios contactos, por ejemplo 2 contactos de cierre y 2 contactos de apertura o 3 contactos de apertura. 3.
SENSORES Se usan los sensores para obtener información sobre el estado de un sistema y pasar esta información al control. En los sistemas electro-hidráulicos, o electroneumáticos, los sensores son principalmente usados para las siguientes tareas: • Obtener la posición de componentes de accionamiento. • Medir y supervisar la presión y temperatura del fluido utilizado. • Para el reconocimiento de material. FINALES DE CARRERA MECÁNICOS (Limit Switch) Con los finales de carrera se detectan determinadas posiciones de piezas de maquinaria u otros elementos de trabajo. En la elección de estos elementos, es preciso atender especialmente el aspecto mecánico, la seguridad de contacto y la exactitud del punto de conmutación.
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Neumática
Figura 3.7
Para el montaje y el accionamiento de los finales de carrera que hay que fijarse en las indicaciones del fabricante, siendo preciso restar el ángulo de acceso y sobre-recorrido. PRESOSTATO (Pressure Switch) El presostato tiene la función, de convertir señales neumáticas o hidráulicas ajustables (presión) a señales eléctricas. Al quedar introducida una señal en la entrada X, la membrada conmutará el interruptor. Esto sólo es posible, si la presión en la entrada X es mayor que la fuerza ajustada en el muelle de compresión. Este ajuste de la fuerza tiene lugar en el tornillo de regulación. Cuando es vencida la fuerza ajustada en el muelle, es conmutado un microswitch (contacto de conmutación) a través de una palanca de mando. Este contacto de conmutación puede utilizarse como contacto de apertura o de cierre. La señal eléctrica de salida queda mantenida en tanto que la señal de entrada en x sea superior a la presión ajustada.
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TECSUP – PFR
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Figura 3.8 Usualmente estos pueden funcionar con tensiones continuas y alternas.
Sensores de proximidad (sin contacto) 1. 2. 3. 4.
Contacto hermético tipo Reed Sensores de carrera inductivos Sensores de carrera capacitivos. Sensores Fotoeléctricos.
1.
CONTACTO HERMÉTICO TIPO REED (MAGNETO SENSIBLE)
Los finales de carrera sin contacto se pueden accionar magnéticamente. Son especialmente ventajosos, cuando hace falta un alto número de maniobras. También encuentran aplicación, cuando no existe sitio para el montaje de un interruptor final mecánico o cuando lo exigen determinadas influencias ambientales (polvo, arena, humedad).
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Figura 3.9
En un bloque de resina sintética están inyectados dos contactos, junto con un tubito de vidrio lleno de gas protector. Por la proximidad de un émbolo con imán permanente, los extremos de las lengüetas solapadas de contacto se atraen y conectan, y cuando se aleja el imán, se separan las lengüetas de contacto. Nota Los cilindros con interruptores de proximidad de accionamiento magnético no deberían montarse en lugares con fuertes campos magnéticos (por ejemplo: máquinas de soldadura). Por lo demás hay que tener presente, que no todos los cilindros son aptos para la aplicación de estos finales de carrera sin contacto.
SENSORES DE PROXIMIDAD MAGNETICOS VASTAGO LIBRE DE INTERFERENCIAS
CINTADO MAGNETICO
Figura 3.10
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TECSUP – PFR
2.
Neumática
SENSORES DE PROXIMIDAD INDUCTIVOS
En la práctica a menudo se han de detectar o contar las piezas (piezas a mecanizar, etc.) movidas en máquinas o dispositivos. En la mayoría de los casos ya no pueden utilizarse para estos procesos los finales de carrera mecánicos ni tampoco los magnéticos. En el primer caso porque ya no suele ser suficiente la fuerza de accionamiento de la pieza, para accionar los finales de carrera; en el segundo caso, porque la detección de la pieza ya no suele hallarse en el campo de acción del cilindro, para facilitar un detectado magnético. Entonces se ofrece la posibilidad de realizar esa detección sin contacto.
Figura 3.11
Constitución: Los interruptores de proximidad inductivos constan oscilador, un disparador de nivel determinado y un amplificador.
de un
Funcionamiento: El oscilador, con ayuda de su bobina osciladora, genera un campo alterno de alta frecuencia, que emerge en forma de cazoleta de la cara frontal del sensor. Al introducir en este campo alterno una pieza metálica, esta resta al oscilador energía debido a corrientes Foucault resultantes. Por ello desciende la tensión en el oscilador y el paso basculante siguiente dispara una señal. Los interruptores de proximidad inductivos reaccionan sólo a metales.
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TECSUP – PFR
Neumática
Formas de ejecución: Según el caso de aplicación existen interruptores de proximidad para servicio de corriente alterna o continua. La frecuencia de conexiones asciende a unos 2000 impulsos por segundo. Conexiones de salida para corriente continua 5 – 24V Según, si en la aplicación ha de conectarse la carga al polo negativo o al polo positivo, se empleará un sensor de proximidad con salida NPN ó PNP. La inversión de los empalmes positivo y negativo destruye eléctricamente el elemento (transitor). Mediante una conexión puede lograrse una seguridad contra el permutado de los empalmes. Los finales de carrera inductivos por lo general están equipados ya con dicha conexión. En la práctica, es importante montar estos interruptores de proximidad de acuerdo con las indicaciones del fabricante
SENSORES DE PROXIMIDAD INDUCTIVOS S1
S2 2..20 mm
METAL
Figura 3.12
3.
SENSORES DE PROXIMIDAD CAPACITIVOS
Los interruptores de proximidad capacitivos reaccionan - en contraposición a los interruptores de proximidad inductivos - a todos los materiales (también a los no metálicos), cuyas propiedades dieléctricas provocan una modificación de la superficie activa.
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TECSUP – PFR
Neumática
Figura 3.13
Pero esto significa también, que las magnitudes perturbadoras cambiantes, como polvo y virutas, pueden influirlos.
SENSORES DE PROXIMIDAD CAPACITIVOS S1
S2 2..20 mm
CUALQUIER MATERIAL, NO NECESARIAMEN TE METAL
Figura 3.14
LOS INTERRUPTORES DE PROXIMIDAD INDUCTIVOS SOLO REACCIONAN A METALES Y LOS CAPACITIVOS REACCIONAN A TODOS LOS OBJETOS. 4.
SENSORES FOTOELECTRÓNICO En general son mas conocidos los sistemas fotoelectrónicos de una sola dirección.
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Neumática
Figura 3.15
Pero también existen otros sistemas que funcionan bajo principios diferentes. Están los sistemas Fotoelectrónicos por reflexión, que tienen al emisor y al receptor dentro de un solo bloque El rayo de luz del emisor se dirige hacia un objeto y de allí es reflejado hacia el receptor. El objeto interrumpe el camino del rayo de luz, lo que da lugar a la conmutación. Los objetos no deben ser brillantes ya que entonces el objeto mismo se convierte en reflector (por ejemplo el vástago brillante de un cilindro). La ventaja de esta disposición es su construcción compacta. El emisor y el receptor forman un mismo bloque y no requieren de una conexión que los una como en la figura anterior. Una tercera posibilidad, el sensor difuso, para detectar la presencia de objetos es la reflexión propia de éstos, que en este vienen a hacer las veces del reflector. Por este motivo la luz es reflejada en forma directa o difusa (por ejemplo: en cajas de color claro).
Figura 3.16
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Para hacer el sistema insensible a las interferencias que pudieran causar agentes externos (lámparas, luces de ventanas, etc.), la señal que sale del emisor es de muy alta frecuencia. El receptor detectará solo señales de esa frecuencia.
Figura 3.17
4.
RELÉ Y CONTACTOR La representación de reles y contactores en el esquema eléctrico es idéntica, al igual que el principio de funcionamiento que utilizan. • Los Reles se utilizan para conectar o desconectar corrientes relativamente pequeñas. • Los Contactores se usan para corrientes relativamente grandes. Aplicando tensión a la bobina, circula corriente eléctrica por el arrollamiento y se crea un campo magnético, por lo que la armadura es atraída al núcleo de la bobina. Dicha armadura, a su vez, está unida mecánicamente a los contactos, que llegan a abrirse o a cerrarse. Esta posición de conexión durará, mientras esté aplicada la tensión. Una vez desaparezca la tensión, se desplaza la armadura a la posición inicial, debido a la fuerza del resorte.
Figura 3.18
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Relé
Figura 3.19
Ejemplo de aplicación: Hay varios tipos de reles; ejemplo: rele de retraso de tiempo y rele contador. Los reles se pueden utilizar para varias funciones de regulación, del control y el monitoreo: • Como interfaces entre los circuitos de control y los circuitos de la carga, • para la multiplicación de la señal, • Para la separación de circuitos de corriente directa y circuitos de la corriente alterna, • Para el retraso de señales de generación y convertirla, y • Para conectar la información. Terminales designaciones y símbolo de circuito: Dependiendo de diseño, los reles poseen números que varían de contactos normalmente cerrados, contactos normalmente abiertos, contactos de conmutadores, contactos normalmente cerrados retrasados, contactos normalmente abiertos retrasados y contactos de conmutadores retrasados. Las designaciones de los terminales de los reles son estandarizados (DIN EN 50 005, 50011-13 ): • los reles se señalan K1, K2, K3 etc. • las terminales de la bobina se señalan A1 y A2. • los contactos cambiados por el reles también se señalan K1, K2 etc. en los diagramas eléctricos. • hay además números de identificación del dos-dígitos para los contactos de conmutación. El primer dígito está para la enumeración de todos los contactos existentes (número ordinal), mientras que el segundo dígito denota el tipo de contacto (número de la función).
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Función de los Números para los reles: 1 3 5 7 1 5
2 4 6 8 2 6
4 8
contacto normalmente cerrado. contacto normalmente abierto. contacto normalmente cerrado, de un temporizador, Timer. contacto normalmente abierto, de un temporizador. contacto de cambio del conmutador. contacto de cambio del conmutador, de un temporizador.
Figura 3.20
Los contactores trabajan con el mismo principio base que los relais. Las características típicas de un contactor son: • doble-corte (2 puntos de desconexión por contacto), • contactos de acción-positivo y • los compartimientos de formación de arcos cerrados (chispas se forma en compartimientos separados). Un contactor posee varios elementos de contacto, normalmente entre 4 y 10. Hay también diversos tipos de contactores con varias combinaciones de contactos normalmente cerrados, contactos normalmente abiertos, contactos de conmutación, contactos temporizados, etc. Los contactos se dividen entre contactos principales y contactos auxiliares. • Los contactos principales pueden interrumpir Salidas de 4 - 30 kW. • Los contactos auxiliares se pueden utilizar para cambiar simultáneamente funciones de control y operaciones lógicas. • Los contactores de potencia, llamados también contactores de fuerza, usan como función principal, los contactos principales.
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Figura 3.21
En los diagramas eléctricos, el contactor que alimenta los motores trifásicos son señaladas por la letra K (para el contactor) y M (para el motor) así como un número de serie. El número de serie identifica la función del dispositivo; por ejemplo: K1M = Contactor principal, de un motor trifásico. La aplicación de contactores es múltiple. Se utilizan para la conexión de motores, calentadores, acumuladores de corriente, calefacciones, aparatos de climatización, grúas, etc. 5.
SOLENOIDES Los solenoides hacen posible operar las electroválvulas con la ayuda de energía eléctrica. Un solenoide consiste en un bobinado el cual lleva en su núcleo un elemento desplazable el cual a su vez lleva adosado una corredera, carrete o spool. Cuando se energiza el solenoide el campo magnético en el núcleo desplaza a la corredera con lo cual se logra cambiar de una posición a otra a la electroválvula.
Figura 3.22
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TIPOS POR LA ALIMENTACIÓN: Solenoides Discretos: Actúan de tal manera que la corredera presenta solo dos posiciones: Cuando no está energizado (posición “NORMAL”) y cuando se energiza. Es decir o no está activada o está activada. Los solenoides discretos se alimentan con tensión: 12 V, 24V, 36V, 190V Continuos 110 V, 220 V Alternos De estos valores el de 24 V Continuos es un valor común muy usado en hidráulica. Solenoides Continuos o Proporcionales: Actúan en forma proporcional a la señal de entrada. Por ejemplo si es alimentada con 100 mA se desplazara una distancia y si se alimenta con 200 mA se desplazara el doble. Esto quiere decir que a mayor intensidad de corriente como señal de entrada, mayor desplazamiento de la corredera. El objetivo de estos solenoides es de guardar una proporcionalidad lineal entre la señal de entrada y el desplazamiento. Comúnmente una tarjeta electrónica alimenta con corriente a estos solenoides siendo el rango de alimentación de aproximadamente: [0..2500 mA]. POR SU SELLADO DE SU VASTÁGO: Solenoide De Pin Seco: El elemento desplazable ubicado dentro del núcleo del solenoide está sellado con respecto a la cámara donde se encuentra el aceite hidráulico, en cambio puede presentar una extensión hacia fuera del solenoide para el accionamiento manual.
Figura 3.23
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Solenoide De Pin Húmedo: El elemento desplazable ubicado dentro del núcleo del solenoide está en contacto con el aceite de las cámaras hidráulicas, pero está sellado con respecto al exterior. Mediante un dispositivo se logra accionar al elemento externamente.
Figura 3.24
Figura 3.25
Figura 3.26
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Figura 3.27
6.
SISTEMAS CONVERTIDORES ELECTRONEUMÁTICOS Al aplicar en la práctica mandos con aire comprimido y corriente eléctrica, es preciso el empleo de sistemas convertidores. Por la aplicación de los convertidores pueden ponerse en evidencia las ventajas de ambos sistemas. En estos sistemas convertidores se trata de válvulas electromagnéticas, que tienen el cometido, de convertir las señales eléctricas en señales neumáticas. Estas válvulas electromagnéticas constan de una válvula neumática y de una parte eléctrica de mando (cabeza de electroimán). Los electroimanes se emplean para el accionamiento de válvulas cuando la señal de mando proviene de un elemento eléctrico, tales como finales de carrera, pulsadores, temporizadores, presostatos o programadores eléctricos. Sobre todo cuando las distancias de mando sean grandes. En este capítulo explicaremos algunos convertidores. Lo suficiente para captar el concepto de funcionamiento de los mismos.
Figura 3.28
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Electroválvula 2/2 vías, con accionamiento manual auxiliar. En posición de reposo está cerrada, siendo ésta su posición base. Este elemento es una válvula de asiento, de mando directo unilateral. En la conexión 1 (P) llega el aire comprimido. La corriente de aire hacia la salida 2 (A) queda bloqueada por la armadura. Al aplicar una señal eléctrica en la bobina, se crea un campo magnético y la armadura es atraída. El aire comprimido fluye desde la entrada 1(P) hacia 2(A). Una vez anulada la señal eléctrica, la válvula vuelve a ocupar la posición básica debido al muelle de reposición.
Figura 3.29
La desaireacción del conducto de aire comprimido a través del empalme 2(A) no puede tener lugar, ya que no existe un orificio de escape. La corriente de aire desde 1(P) hacia 2(A) se puede franquear manualmente por medio de un accionamiento auxiliar. A través de una superficie existente en un tornillo, la armadura es levantada de su asiento. Esta electroválvula 2/2 vías se aplica como órgano de cierre. Electroválvula 3/2 vías, con accionamiento manual auxiliar. Al aplicar una señal eléctrica a la bobina, se origina un campo magnético, que hace que la armadura se levante de su asiento, ocupando la posición superior. El aire comprimido fluye desde la entrada 1(P) hacia la salida 2(A); el orificio de escape 3(R), existente en el tubo del imán; queda cerrado por la armadura. Al anular en la bobina el campo magnético, el muelle de reposicionamiento vuelve a empujar la armadura sobre el asiento obturador. El paso de aire comprimido de 1(P) hacia 2(A) queda bloqueado; el aire comprimido del conducto de trabajo escapa a través de la conexión 2(A) hacia 3(R) en el tubo del imán.
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También aquí facilita el accionamiento auxiliar un conmutado manual de esta electroválvula 3/2 vías. Este elemento se aplica en mandos provistos de cilindros de simple efecto, en el mando de otras válvulas y en la conexión y desconexión de aire comprimido en mandos. Se muestra a continuación una NC.
Figura 3.30
Electroválvula 3/2 vías, cerrada en posición de reposo (con servopilotaje, accionamiento manual auxiliar). Para no tener que dimensionar demasiado grandes las bobinas en la válvula, se aplican válvulas con servopilotaje neumático. La función del elemento, mostrado abajo, es similar a la de las electroválvulas 3/2 vías precedente. La diferencia está en el accionamiento indirecto del émbolo de la válvula. Existiendo una señal eléctrica, la armadura de la bobina magnética franqueará el paso. Por el canal de aire, existente desde la conexión 1(P) hacia la armadura y luego hacia el émbolo de la válvula, conmuta el aire comprimido al émbolo de la válvula. La función de conmutación de 1(P) hacia 2(A), es mantenida mientras existe la señal eléctrica de entrada. En esta válvula servopilotadas es indispensable respetar la presión mínima y máxima.
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Figura 3.31
Electroválvula 5/2 servopilotada. El mando previo de la válvula 5/2 vías se realiza a través de otra 3/2 vías, accionada por la bobina. Los émbolos de mando de la unidad principal son impulsados comprimido,
Figura 3.32
Electroválvula 5/2 servopilotada, de impulsos eléctricos.
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por
aire
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La inversión de la válvula se realiza por válvulas de 3/2 vías accionadas por solenoides incorporados. Al producirse la atracción del núcleo del mientras exista tensión en la bobina. Por medio del servopilotaje se accionan válvulas mas grandes, gracias a electroimanes relativamente pequeños.
Figura 3.33
La válvula piloto realiza la conmutación, quedando en esta posición hasta el siguiente impulso de la válvula contraria.
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Unidad IV
MANDOS SECUENCIALES
1.
MANDOS SECUENCIALES Para que las máquinas o instalaciones puedan trabajar por si solos, es decir en forma automática, deben estar equipadas con dispositivos de mando y/o regulación. La naturaleza de estos dispositivos puede ser de origen mecánico, eléctrico, electrónico, neumático o hidráulico. Cuando queremos describir una serie de eventos de naturaleza secuencial, utilizamos un diagrama de flujo. Pero en el ámbito industrial hay otra herramienta descriptiva llamada GRAFCET. La propuesta e este trabajo es mostrar las reglas que rigen el grafcet y a partir de este desarrollar una metodología para traducirlo en un programa de mando que puede ser implementado en: • PLC, • Circuitos eléctricos, o electrónicos • Circuitos neumáticos. 1.1.
DEFINICIÓN DE MANDO Comúnmente se entiende por mando el conjunto de los órganos con los que se modifica el funcionamiento de una maquina o sistema. Mando es aquel suceso en un sistema, en el cual influyen uno o varios parámetros, considerados de entrada, en otros parámetros considerados de salida, en virtud de leyes propias del sistema.
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Parámetros de entrada e1 e2 e3
Sistema
Parámetros de salida s1 s2 s3
Flujo de la señal
Figura 4.1
Se caracteriza por el desarrollo abierto del flujo de la señal. Las señales actúan sobre la maquina sin corrección continua del proceso de mando.
1.2.
CLASIFICACIÓN DE LOS MANDOS La clasificación de los mandos puedes hacerse según diversos criterios. Por ejemplo puede hacerse una clasificación según: La forma de energía utilizada. Dependiendo de las señales con que opera (analógico, digital, binario), El sistema con que se desarrolla. La forma de tratamiento de las señales. Utilizaremos la clasificación (DIN 19237), según la forma de tratamiento de las señales. Estos son: Mandos sincrónico, Mando asincrónico, mando combinatorio y el mando de desarrollo secuencial.
MANDO
Síncrono
Asíncrono
Combinatorio
En función del tiempo
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De desarrollo secuencial
En función del desplazamiento
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1.2.1.
MANDO SÍNCRONO Es aquel, en el cual el tratamiento de las señales es sincrónico a una señal rítmica. Por ejemplo, en el mando de las manecillas de un reloj de péndulo.
1.2.2.
MANDO ASÍNCRONO Es aquel que opera sin señal rítmica. Las modificaciones de la magnitud producida se provocan sólo por modificaciones de las señales de entrada. Por ejemplo, el mando para la conexión de la luz de una lámpara o de un contactor, o el mando directo de un cilindro.
1.2.3.
MANDO COMBINATORIO Es aquel, en que la combinación de las señales de entrada, por medio de operaciones lógicas definidas en el mando, determina el estado de la magnitud producida.
1.2.4.
MANDO SECUENCIAL Es un mando con desarrollo forzado a pasos, en que la conmutación de un paso al siguiente sucede en función de condiciones determinadas por el mando. MANDO SECUENCIAL en función del tiempo Es aquel en el que las condiciones de conmutación dependen sólo del tiempo. Para ello, puede emplearse por ejemplo temporizadores, levas de mando o rejilla de levas con velocidad variable. MANDO SECUENCIAL en función del desplazamiento Es aquel en que las condiciones de conmutación dependen sólo de señales de la instalación gobernada. MANDO SECUENCIAL en función de la presion Es aquel en que las condiciones de conmutación dependen sólo de señales originadas por la presión. Para ello puede emplearse válvulas de secuencia (por presión o vacío), presostatos, vacuostatos.
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1.3.
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VENTAJAS DE LOS MANDO SECUENCIALES Veamos algunas ventajas de los mandos secuenciales: Realización sencilla y por lo tanto ahorro de tiempo en el programa y proyecto. Clara visualización de la construcción del programa. Cambio fácil en el desarrollo de las funciones. Localización rápida de perturbaciones y averías en el desarrollo de las funciones.
1.4.
ESTRUCTURA DE UN MANDO SECUENCIAL Cada mando secuencial se compone por lo menos de tres partes: • Tratamiento preliminar (formas de servicio.) • Tratamiento secuencial (cadena secuencial). • Tratamiento posterior (salida de órdenes).
1.4.1.
TRATAMIENTO PRELIMINAR Es la parte en la cual se trabajan las condiciones para cada una de las diferentes formas de servicio. Se comunica con las otras etapas, ya sea con la zona del tratamiento sequencial, o la del tratamiento posterior.
TRATAMIENTO PRELIMINAR Posición inicial, Marcha, Paro, Manual, Automático, Semiautomático, etc.
TRATAMIENTO SECUENCIAL Secuencia paso a paso
TRATAMIENTO POSTERIOR Salida de las ordenes Salida de mando manual Enclavamientos, etc.
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En el servicio automático se activan los aparatos de ajuste exclusivamente en dependencia del tratamiento secuencial; éstos no pueden activarse de forma manual. Después del arranque, se realiza el recorrido de la secuencia sucesivamente hasta que ser reciba la orden de parada.
El servicio de paso único facilita la prueba del programa, la regulación de la máquina y la eliminación de perturbaciones. En esta forma de servicio puede realizarse la evolución paso a paso de la parte secuencial pero de forma manual.
En la forma de servicio pulsatorio o manual, pueden conectarse manualmente cada uno de los aparatos de ajuste. Frecuentemente se combinan las formas de servicio de paso único y pulsatorio.
1.4.2.
TRATAMIENTO SECUENCIAL Es en donde se elabora el propio programa del mando. Cada uno de los pasos de la secuencia se ejecuta en dependencia de ciertas condiciones.
1.4.3.
TRATAMIENTO POSTERIOR Aquí se dan las ordenes de salidas. Las órdenes que se generan en la zona de tratamiento preliminar (formas de servicio), asi como en el tratamiento secuencial se concatenan en la zona del tratamiento posterior. Además, se tienen en cuenta aquí las órdenes para el mando manual de cada uno de los aparatos de ajuste. Como resultado, los aparatos de ajuste son conectados y desconectados por medio de las salidas del aparato de automatización.
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ANOTACIONES ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................
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Unidad V
AUTOMATIZACIÓN LÓGICA PROGRAMABLE
1.
TABLEROS ELÉCTRICOS DE AUTOMATIZACIÓN BASADOS EN RELÉS Todos nosotros, los técnicos que de una u otra manera hemos tenido la oportunidad de reparar o mantener tableros eléctricos, hemos invertido, dependiendo del tipo de falla, poco o mucho tiempo, en función de la complejidad de los equipos, cantidad de ellos y la experiencia del técnico.
Figura 5.1 Planta industrial
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1.1.
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EL TABLERO ELÉCTRICO Un tablero eléctrico de automatización es aquel que está constituido por equipos electromagnéticos, tales como relés auxiliares, contadores, temporizadores electrónicos, temporizadores neumáticos, etc. Su función es albergar diferentes dispositivos eléctricos, electrónicos, etc. que gobiernen la lógica y energicen cargas, tales como motores, generadores, máquinas de procesos, etc., o sea, todo aquello que necesite la industria para controlar el funcionamiento de las máquinas. Estos datan desde principios de siglo. Sin duda estos equipos aún constituyen, en algunas empresas, el soporte para la automatización de sus procesos industriales, especialmente en países en desarrollo. A continuación se sintetizan las ventajas y desventajas de los tableros eléctricos a base de relés.
1.2.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS TABLEROS ELÉCTRICOS Es importante destacar las ventajas y desventajas, para poder compararla con otras alternativas. Ventajas • La totalidad de sus componentes se pueden adquirir rápidamente. • Su estudio, fabricación e instalación es muy difundido desde hace décadas. • La adaptación de los responsables del mantenimiento es rápida, debido a que todo es conocido. • Se enseña en todas las universidades, institutos técnicos y escuelas técnicas. • Existe gran cantidad de material de consulta, tales como libros, revistas, catálogos, separatas, etc., y aprender su lógica resulta sencilla. • No existen inconvenientes en cuanto al lugar de su instalación, ya que todos los equipos son de ambientes industriales, salvo en aquellas zonas donde puedan existir fugas de gases explosivos. Desventajas • El costo de estos tableros es alto, incrementándose de acuerdo al tamaño del proceso a automatizar. • Generalmente ocupan mucho espacio. • Requiere mantenimiento periódico, debido a que gran parte de sus componentes están constituidos por piezas móviles sujetos a desgaste. • Cuando se origina una falla es muy laboriosa su ubicación y reparación. • No son versátiles, solamente se les pueden utilizar para una determinada aplicación.
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• Con el tiempo disminuye su disponibilidad, debido al incremento de la probabilidad de fallas. • No es posible, con equipos electromecánicos, sensar señales de alta frecuencia, para ello se requiere el apoyo de la electrónica. • En tableros grandes el consumo de energía es representativa. • No permite una comunicación directa entre todos sus componentes, es necesario hacer varias modificaciones, adquiriendo para ello, equipos de interfases, elevando de esta forma su costo.
Figura 5.2 Tablero eléctrico convencional.
Figura 5.3 Relés auxiliares en un tablero eléctrico convencional.
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Con tal cantidad de equipos con que está construido el tablero eléctrico, debe ser tedioso encontrar una falla. Analizando las desventajas que se han señalado acerca de los tableros eléctricos convencionales, donde para muchas empresas no es tolerable aceptar alguna de ellas, es conveniente, sobre todo, en el aspecto económico, discutir su uso. Téngase presente que existe otra alternativa moderna que elimina casi la totalidad de estas desventajas, y por el contrario, disponen de mayor capacidad para realizar más de lo necesario.
2.
EL PLC COMO ALTERNATIVA AL AUTOMATISMO El PLC es la denominación dada al Controlador Lógico Programable, y se define como un equipo electrónico inteligente diseñado en base a microprocesadores, que consta de unidades o módulos que cumplen funciones específicas, tales como, una unidad central de procesamiento (CPU), que se encarga de casi todo el control del sistema, módulos que permiten recibir información de todos los sensores y comandar todos los actuadores del sistema, además es posible agregarle otros módulos inteligentes para funciones de pre-procesamiento y comunicación. El PLC es utilizado para automatizar sistemas eléctricos, electrónicos, neumáticos e hidráulicos de control discreto y análogo. Las múltiples funciones que pueden asumir estos equipos en el control, se debe a la diversidad de operaciones a nivel discreto y análogo con que dispone para realizar los programas lógicos sin la necesidad de contar con equipos adicionales. Es importante, también, resaltar el bajo costo que representa respecto a una serie de equipos que cumplen las mismas funciones, tales como: relés auxiliares, temporizadores, contadores, algunos tipos de controladores, etc. Pero no solamente el PLC está limitado a realizar este trabajo, sino a múltiples funciones avanzadas. A las diversas ventajas que tiene el PLC respecto a la alternativa convencional, se suma la capacidad que tiene para integrarse con otros equipos, a través de redes de comunicación. Esta posibilidad toma, cada día, mayor aceptación en la industria, por su capacidad de comunicarse con otros equipos y por el costo adicional razonable. Son estas las razones que obligan a analizar, antes de tomar una decisión, cuándo se requiere automatizar un sistema; sin duda, hoy en día el PLC representa una buena alternativa para la automatización.
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2.1.
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VENTAJAS DEL PLC RESPECTO A LA LÓGICA CONVENCIONAL Son muchas las ventajas que resaltan, a simple vista, el empleo de los PLCs para automatizar sistemas, desde aplicaciones básicas hasta sistemas muy complejos. Actualmente, su uso es tan difundido que ya no se requiere mucho análisis para decidir qué técnica emplear: si la lógica cableada en base a relés o la lógica programada en base al PLC. Sin embargo, a continuación se fundamenta cada una de estas ventajas, con el propósito que el lector reconozca mejor el panorama. Menor costo Las razones que justifican una mayor economía a la alternativa del uso del PLC, especialmente en aplicaciones complejas, se da porque prescinde del uso de dispositivos electromecánicos y electrónicos, tales como: relés. Auxiliares, temporizadores, algunos controladores, contadores, etc., ya que estos dispositivos simplemente deben ser programados en el PLC sin realizar una inversión adicional. El costo que implica invertir en los equipos anteriormente señalados, es muy superior al costo del PLC, además de otras ventajas con que cuenta y no son cuantificadas. Menor espacio Un tablero de control que gobierna un sistema automático mediante un PLC, es mucho más compacto que un sistema controlado con dispositivos convencionales (relés, temporizadores, contadores, controladores, etc.) esto se debe a que el PLC está en capacidad de asumir todas las funciones de control. La diferencia de espacio se hace muy notable, cuando por medios convencionales se cuenta con varios tableros de control. Confiabilidad La probabilidad para que un PLC pueda fallar por razones constructivas es insignificante, exceptuando errores humanos que pueden surgir en algunas partes vulnerables (módulos de salida). Esto se debe a que el fabricante realiza un riguroso control de calidad, llegando al cliente un equipo en las mejores condiciones; además, sus componentes son de estado sólido, con pocas partes mecánicas móviles, haciendo que el equipo tenga una elevada confiabilidad. Versatilidad La versatilidad de estos equipos radica en la posibilidad de realizar grandes modificaciones en el funcionamiento de un sistema automático con sólo realizar un nuevo programa y mínimos cambios de cableado. Además, es importante resaltar, que el tiempo empleado en realizar modificaciones, comparado con la técnica por lógica cableada, es significante. 91
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Poco mantenimiento Estos equipos, por su constitución de ser muy compactos, respecto a la cantidad de trabajo que pueden realizar, y además, porque cuentan con muy pocos componentes electromecánicos, no requieren un mantenimiento periódico, sino lo necesario para mantenerlo limpio y con sus terminales ajustados a los bornes y puesta a tierra. Fácil instalación Debido a que el cableado de los dispositivos, tanto de entrada como de salida, se realiza de la misma forma y de la manera más simple, además que no es necesario mucho cableado, su instalación resulta sumamente sencilla en comparación a la lógica convencional, que sí se requiere de conocimientos técnicos avanzados. Compatibilidad con dispositivos sensores y actuadores Actualmente las normas establecen que los sistemas y equipos sean diseñados bajo un modelo abierto, de tal manera que para el caso de los PLCs éstos puedan fácilmente conectarse con cualquier equipo sin importar la marca ni procedencia. Hoy en día, casi todas las marcas de PLCs están diseñadas bajo este modelo. Integración en redes industriales El avance acelerado de las comunicaciones obliga a que estos equipos tengan capacidad de comunicarse a través de una red y de este modo trabajar en sistemas jerarquizados o distribuidos, permitiendo un mejor trabajo en los niveles técnicos y administrativos de la planta. Detección de fallas La detección de una falla resulta sencilla porque dispone de leds indicadores de diagnóstico tales como: estado de la CPU, batería, terminales de E/S, etc. Además, mediante el módulo de programación se puede acceder al programa en el modo de funcionamiento y recurrir a la memoria de errores ubicada en la CPU. Fácil Programación Programar los PLCs resulta fácil, por la sencilla razón que no es necesario conocimientos avanzados en el manejo de PCs, solamente es suficiente conceptos básicos. Por otro lado, existen diversas representaciones de programación donde fácilmente el usuario se adapta a la representación que mejor se familiariza. Sus instrucciones y comandos son transparentes y entendibles, requiriendo de poco tiempo para lograr ser un experto.
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Menor consumo de energía Como todos sabemos, cualquier equipo electromecánico y electrónico requiere un consumo de energía para su funcionamiento, siendo dicho consumo representativo cuando se tiene una gran cantidad de ellos; sin embargo, el consumo del PLC es muy inferior, lo que se traduce en un ahorro sustancial. Lugar de la instalación Por las características técnicas que presenta en cuanto a los requisitos que debe cumplir para su instalación, tales como: nivel de temperatura, humedad, ruido, variaciones de tensión, distancias permisibles, etc. fácilmente se encuentra un lugar en la planta dónde instalarlo, aún en ambientes hostiles.
2.2.
FUNCIONES LÓGICAS 2.2.1.
FUNCIÓN LÓGICA Y (AND) Está función lógica tiene una equivalencia eléctrica tal como se muestra en el siguiente circuito eléctrico:
S1Q
S2Q
K1M
Figura 5.4
Para que el contactor K1M se active, será necesario que se presionen simultáneamente los pulsadores S1Q y S2Q, o sea, ambos pulsadores deben estar presionados para cerrar circuito. Ahora, cuando programemos al PLC, tendremos que ingresar un programa, tal que cuando se ejecuten estas acciones de presionar ambos pulsadores, el PLC tendrá que verificarlo y mandar a activar la bobina K1M.
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Realizar una lista de ordenamiento, esto es, una tabla donde indique la relación de simbologías entre la representación eléctrica y los operandos. Un operando representa la ubicación del sensor o actuador cableado en el PLC, así: I 0,1 La letra “I” significa INPUT, se trata de una entrada. El número “0”, significa que el módulo de entrada (byte) se encuentra en la posición adyacente a la CPU, o que se trata de un PLC compacto donde en un sólo bloque están incluidas la CPU y módulos de Entrada / Salida. El número “1” representa el terminal de conexión en el módulo de entrada. Una lista de ordenamiento tiene las siguientes partes Designación
Descripción
Operando
Con el ejemplo veremos cómo se llena esta tabla. Luego se procederá a programar en dos representaciones: • Diagrama de contactos. • Plano de funciones. Para el circuito eléctrico se pide: 1 2 3 4
1.
Lista de ordenamiento Diagrama de contactos Plano de funciones Diagrama de conexiones
LISTA DE ORDENAMIENTO ENTRADAS
DESIGNACIÓN DESCRIPCIÓN S1Q Pulsador N.A. S2Q Pulsador N.A.
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OPERANDO I0,1 I0,2
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SALIDAS DESIGNACIÓN DESCRIPCIÓN K1M Contactor principal 2.
OPERANDO O0,1
DIAGRAMA DE CONTACTOS
Figura 5.5
Interpretación: “Para que la salida O0,1 del PLC se active, será necesario que el PLC verifique que exista una señal en I0,1 Y en I0,2”.
3. PLANO DE FUNCIONES
Figuras 5.6
Interpretación: “Para que la salida O0,1 del PLC se active, será necesario que el PLC verifique que exista una señal en I0,1 y en I0,2”.
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4.
DIAGRAMA DE CONEXIONES
INPUT
S1Q
0
0
1
1
2
2
3
S2Q
OUTPUT
PLC
K1M
3
4
4
5
5
6
6
7
7
Figura 5.7
2.2.2.
FUNCIÓN LÓGICA O (OR) Análogamente a la función “Y”, veremos la solución de la función “O” CIRCUITO ELÉCTRICO EQUIVALENTE
Figura 5.8
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Se pide: 1 2 3 4
Lista de ordenamiento Diagrama de contactos Plano de funciones Diagrama de conexiones
1. LISTA DE ORDENAMIENTO ENTRADAS
DESIGNACIÓN S1Q S2Q
DESCRIPCIÓN Pulsador N.A. Pulsador N.A.
OPERANDO I0,1 I0,2
DESCRIPCIÓN Lámpara señalizadora
OPERANDO O0,1
SALIDAS DESIGNACIÓN HIH
2. DIAGRAMA DE CONTACTOS
Figura 5.9
Interpretación: “Para que la salida O0,1 del PLC se active, será necesario que el PLC verifique que exista una señal en I0,1 O en I0,2”.
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3. PLANO DE FUNCIONES
Figura 5.10
Interpretación: “Para que la salida O0,1 del PLC se active, será necesario que el PLC verifique que exista una señal en I0,1 O en I0,2”.
4. DIAGRAMA DE CONEXIONES
Figura 5.11
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3.
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ARQUITECTURA DEL PLC 3.1.
ESTRUCTURA BÁSICA DE UN PLC Un controlador lógico programable está constituido por un conjunto de módulos o tarjetas (circuitos impresos), en los cuales están ubicados los componentes electrónicos que permiten su funcionamiento. Cada una de las tarjetas cumple una función específica. Algunos PLC tienen una cubierta o carcaza, llamada comúnmente “rack”, que viene a ser un bastidor donde se alojan las tarjetas en forma ordenada, que por lo general están comunicadas. El controlador programable tiene una estructura muy semejante a los sistemas de programación, como el computador, cuya estructura física (hardware) está constituido por: • • • • • •
Fuente de alimentación. Unidad de procesamiento central (CPU). Módulos o interfases de entrada/salida (E/S). Módulos de memoria. Unidad de programación. Módulos inteligentes.
En la figura siguiente se muestra el diagrama de bloques de un automatismo gobernado por PLC, y a continuación se describe, con mayor detalle, cada una de las partes del controlador programable.
Figura 5.12 Diagrama de bloques de un PLC gobernando un proceso.
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3.2.
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FUENTE DE ALIMENTACIÓN La función de la fuente de alimentación en un controlador, es suministrar la energía eléctrica a la CPU y demás tarjetas según la configuración del PLC. En los circuitos interiores de una fuente de alimentación se transforma la tensión alterna de la red a tensión continua, en niveles que garanticen el funcionamiento del hardware del PLC. A la fuente de alimentación también se le conoce como la fuente de poder: Power Supply.
Figura 5.13 Fuente de alimentación para un PLC modular Simatic S5 (Cortesía de Siemens).
Todas las fuentes están protegidas contra cortocircuitos mediante fusibles, que muy fácilmente pueden ser reemplazados en caso de una avería.
3.3.
UNIDAD DE PROCESAMIENTO CENTRAL (C.P.U.) Es la parte más compleja e imprescindible del controlador programable, en otros términos, podría considerarse el cerebro del controlador. La unidad central está diseñada en base a microprocesadores y memorias. Las memorias son del tipo ROM y RAM. La memoria ROM (Read Only Memory): es una memoria de lectura, que permanece fija en el CPU, contiene el sistema operativo con que opera el controlador, NO SE BORRA.
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La memoria RAM (Random Access Memory): memoria de acceso aleatorio, es una memoria volátil y fácil de modificarla. En la memoria RAM se ubican: ⇒ La memoria del usuario. ⇒ Los temporizadores. ⇒ Los contadores. ⇒ Los bits o memorias internas. ⇒ Base de datos.
Unidades de procesamiento central
Figura 5.14 Telemecanique (TSX 87-40 y TSX 107-40) / (Cortesía de Telemecanique)
La CPU al igual que para las computadoras, se pueden clasificar de acuerdo a la capacidad de su memoria y las funciones que puedan realizar, además de su velocidad de procesamiento. El tiempo de lectura del programa está en función del número y tipo de instrucciones, y por lo general es del orden de los milisegundos. Este tiempo tan pequeño significa, que cualquier modificación de estado en una entrada, modifica casi instantáneamente el estado de una señal de salida.
3.4.
MÓDULOS O INTERFASES DE ENTRADA Y SALIDA (E/S) Los módulos de entrada o salida son las tarjetas electrónicas que proporcionan el vínculo entre la CPU del controlador programable y los dispositivos de campo del sistema. A través de ellas se origina el intercambio de información, ya sea con la finalidad de adquirir de datos, o para el mando o control de las máquinas presentes en el proceso. Los dispositivos de campo de entrada más utilizados son: los interruptores, los finales de carrera, termostatos, pulsadores, sensores de temperatura, entre otros. Los dispositivos de campo de salida más utilizados son: las bobinas de las electroválvulas, los contactores principales, las lámparas indicadoras, etc.
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Los módulos de entrada, transforman las señales de entrada a niveles permitidos por la CPU. Mediante el uso de un acoplador óptico, los módulos de entrada aíslan eléctricamente el interior de los circuitos, protegiéndolo contra tensiones peligrosamente altas, los ruidos eléctricos y señales parásitas. Finalmente, filtran las señales procedentes de los diferentes sensores ubicados en las máquinas. Los módulos de salida, permiten que la tensión llegue a los dispositivos de salida. Con el uso del acoplador óptico y con un relé de impulso, se asegura el aislamiento de los circuitos electrónicos del controlador, y se transmiten las órdenes hacia los actuadores de mando. Tipos de módulos de entrada y salida Debido a que existen una gran variedad de dispositivos exteriores (sensores y actuadores), encontramos diferentes tipos de módulos de entrada y salida, cada uno de los cuales sirve para manejar cierto tipo de señal (discreto o análogo) a determinado valor de tensión o corriente en DC o AC.
3.4.1.
MÓDULOS DE ENTRADA DISCRETA Estas tarjetas electrónicas se usan como enlace o interfases entre los dispositivos externos, denominados también sensores, y la CPU del PLC. Estos sensores son los encargados de leer los datos del sistema, que para este caso sólo son del tipo discreto, además, tienen la característica de comunicar los dos estados lógicos: activado o desactivado, o lo que es lo mismo, permitir el paso o no de la señal digital (1 ó 0). Los sensores pueden ser del tipo manual (pulsadores, conmutadores, selectores, etc.) o del tipo automático (finales de carrera, detectores de proximidad inductivos o capacitivos, interruptores de nivel, etc.). En la figura siguiente, se presentan los circuitos eléctricos equivalentes y elementales de los módulos de entrada discreta para DC y AC respectivamente. Ambos tipos de interfase tienen el mismo principio, a diferencia que los de alterna incluyen una etapa previa de rectificación.
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Figura 5.15
Figura 5.16
Figura 5.17 Módulos de entrada discreta de la familia Simatic-S5 (Cortesía de Siemens)
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MÓDULOS DE SALIDA DISCRETA Al igual que los módulos de entrada discreta, estos módulos se usan como interfase entre la CPU del controlador programable y los dispositivos externos (actuadores), en la que sólo es necesario transmitirle dos estados lógicos, activado o desactivado. Los actuadores que se conectan a estas interfases pueden ser: contactores, relés, lámparas indicadoras, electroválvulas, displays, anunciadores, etc.
MÓDULOS DE SALIDA DISCRETA TIPO TRANSISTOR Su principio de funcionamiento es a base de transistores, lo que significa una constitución íntegramente en estado sólido con características para trabajar en corriente continua (DC) de larga vida útil y con bajo nivel de corriente.
Figura 5.18 Circuito equivalente de una interfase de salida discreta en DC (Tipo transistor).
MÓDULOS DE SALIDA DISCRETA TIPO TRIAC Estas interfases funcionan mediante la conmutación de un Triac, son igualmente en estado sólido y se usan para manejar señales en corriente alterna.
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Figura 5.19 Circuito equivalente de una interfase de salida discreta en AC (Tipo TRIAC).
MÓDULOS DE SALIDA DISCRETA TIPO RELÉ Estos módulos a diferencia de los anteriores, están compuestos por dispositivos electrónicos y un micro relé electromagnético de conmutación. Su campo de acción le permite trabajar en AC y DC y con diferentes niveles de tensión, con la ventaja de manejar corrientes más elevadas pero con el inconveniente de una corta vida útil debido al desgaste de la parte móvil de los contactos. Durante su funcionamiento estos módulos se caracterizan respecto a los de estado sólido, por el reconocible sonido de los contactos de conmutación que emiten los micro-relés.
Figura 5.20 Circuito equivalente de una interfase de salida discreta en AC (Tipo Relé).
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MÓDULOS DE ENTRADA ANALÓGICA Los módulos de entrada analógica son tarjetas electrónicas que tienen como función, digitalizar las señales analógicas para que puedan ser procesadas por la CPU. Estas señales analógicas que varían continuamente, pueden ser magnitudes de temperaturas, presiones, tensiones, corrientes, etc. A estos módulos, según su diseño, se les puede conectar un número determinado de sensores analógicos. A estos terminales de conexión (2), se les conoce como canales. Existen tarjetas de 4, 8, 16 y 32 canales de entrada analógica. Es importante señalar, que cualquier magnitud analógica que se desea procesar a través de los módulos de entradas analógicas, tiene que estar representada por una señal de tensión, corriente o resistencia; este trabajo es realizado por el mismo sensor o a través de un transductor (dispositivo que transforma cualquier parámetro físico, químico y biológico en una magnitud eléctrica). Estos módulos se distinguen por el tipo de señal que reciben, pudiendo ser de tensión (mV) o de corriente (mA) los que se encuentran dentro de ciertos rangos estandarizados. Los más difundidos son: Señal de corriente: 0-20 mA, 4-20 mA, ±10 mA Señal de tensión: 0-10V, 0-5V, 0-2V, ±10V La ventaja de trabajar con señales de corriente y no con señales de tensión, radica en que no se presentan los problemas del ruido eléctrico y de caída de tensión.
Figura 5.21 Módulo de entrada analógica (Cortesía Siemens).
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MÓDULOS DE SALIDA ANALÓGICA Estos módulos son usados cuando se desea transmitir hacia los actuadores análogos señales de tensión o de corriente que varían continuamente. Su principio de funcionamiento puede considerarse como un proceso inverso al de los módulos de entrada analógica. Las señales analógicas de salida son de dos tipos, señales de corriente y señales de tensión. Dentro de los valores estandarizados tenemos: Señal de corriente: 0-20mA, 4-20mA, ± 20 mA Señal de tensión : 0-10V, ± 10V
Figura 5.22 Módulo de salida análogo (Cortesía de Telemecanique)
3.5.
MÓDULOS DE MEMORIA Son dispositivos electrónicos enchufables en la CPU, destinados a guardar información de manera provisional o permanente. Se cuentan con dos tipos de memorias, volátiles (RAM) y no volátiles (EPROM Y EEPROM), según requieran o no de energía eléctrica para la conservación de la información. La capacidad de memoria de estos módulos se diseñan para diferentes tamaños, las más típicas son: 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256 Kb, y más, excepcionalmente. A continuación se detalla los diferentes tipos:
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MEMORIA RAM (Random Access Memory) Este tipo de memoria sirve para almacenar el programa del usuario durante su elaboración y prueba, donde es posible modificarlo constantemente. El contenido de la memoria RAM, es volátil, es decir, su contenido se pierde si el suministro de energía proporcionado por la fuente de alimentación se desconecta. Por consiguiente, para evitar perder la información ante fallas del suministro, es necesario salvaguardarlo mediante una batería de larga duración enchufable en la CPU, estas baterías están disponibles para todos los tipos de controladores y tienen una duración que varía entre 2 a 5 años, dependiendo del tipo de CPU. Es importante por consiguiente, que esta batería se mantenga en perfectas condiciones durante todo el tiempo de funcionamiento del PLC. MEMORIA EPROM (Enable Programmable Read Only Memory) Es un módulo de memoria enchufable del tipo no volátil, es decir, la información contenida se conserva aún cuando se pierde el suministro de energía. Se utiliza normalmente para guardar programas definitivos ya probados y debidamente depurados, además pueden ser transportados y utilizados en cualquier controlador de su marca y tipo. Para grabar este módulo es necesario utilizar aparatos de programación destinados también, para este propósito, mientras que para borrarlos deben ser sometidos a rayos ultravioletas durante 15 a 45 minutos. Por lo tanto, se requiere de una unidad para la escritura y otra para el borrado.
Figura 5.23 Módulo de memoria EPROM de 8 Kb (Cortesía de Siemens).
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MEMORIA EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) Este módulo tiene las mismas características que el módulo EPROM, con la única diferencia que el borrado se realiza eléctricamente, es por ello que se denomina memoria de sólo lectura, eléctricamente programable y borrable. Para estos tipos de módulos, los aparatos de programación realizan las dos funciones, tanto de programación como de borrado.
3.6.
UNIDAD DE PROGRAMACIÓN Los aparatos de programación denominados también terminales de programación, son el medio de comunicación entre el hombre y la máquina, a través de la escritura y lectura; con estos terminales podemos realizar la modificación, monitoreo, forzado, diagnóstico y la puesta a punto de los programas. Estos aparatos están constituidos por un teclado y un dispositivo de visualización, donde el teclado muestra todos los símbolos (números, letras, instrucciones, etc.) necesarios para la escritura del programa y otras acciones anteriormente señaladas. El visualizador o pantalla pone a la vista todas las instrucciones programadas o registradas en memoria. Los aparatos de programación son una herramienta importante y necesaria para el diálogo con el PLC, pero físicamente independiente, las cuales nos permiten: • Escribir a través de una lista de instrucciones o mediante un método gráfico los programas, así como modificarlos o borrarlos de manera total o parcial. • Leer o borrar los programas contenidos en la memoria RAM de la CPU, o también de las memorias EPROM o EEPROM. • Simular la ejecución de las instrucciones del programa a través del forzado de las entradas o salidas. • Detectar y visualizar las fallas del programa o fallas originadas en los dispositivos de campo de entrada o salida. • Visualizar en todo momento el estado lógico de los dispositivos de entrada y accionadores (en tiempo real). • Realizar la transferencia de los programas contenidos en la memoria RAM o EPROM, a los diferentes periféricos, tales como: discos magnéticos o impresora.
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Figura 5.24 Programador tipo computadora.
3.7.
MEMORIAS INTERNAS Continuando con la programación, ahora veremos otra herramienta muy usadas en la solución de aplicaciones industriales. Una memoria interna es aquella donde se puede almacenar los resultados provenientes de las combinaciones de entradas y salidas y, este valor almacenado, puede tomar diferente denominaciones tales como: Bits (B) Marca (M) Bandera (F), etc. Una memoria interna se considera desde el punto de vista técnico, como una salida virtual, esto quiere decir que físicamente no activa una salida como un contactor, sino, es un dato que se encuentra almacenado en la memoria y puede tomar los valores de 0 y 1. Sus ventajas se reflejan en: • Simplifica la solución de los problemas. • Rápido diagnóstico de fallas, etc. La interpretación del funcionamiento será más clara cuando desarrollemos el siguiente ejemplo:
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PRENSA HIDRÁULICA DESCRIPCIÓN TECNOLÓGICA Automatizar una prensa hidráulica, de modo que sólo pueda funcionar cuando la rejilla protectora esté cerrada (S3 y S4). Además deberán haberse presionado dos pulsadores (S1 y S2), y el pistón se encuentre en su posición inicial (S5). Si durante el descenso del pistón, la rejilla de abre o se deja de presionar cualquiera de los dos pulsadores, el pistón se detiene instantáneamente. Cuando el pistón llega al límite inferior (S6), inmediatamente inicia su retorno al límite superior. Durante su retorno, la rejilla protectora puede abrirse y dejar de presionar los pulsadores. Todos los pulsadores e interruptores de final de carrera están normalmente abiertos en su estado de reposo. ESQUEMA TECNOLÓGICO
Figura 5.25
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Se pide: 1 2 3 4
Lista de ordenamiento Diagrama de contactos Plano de funciones Diagrama de conexiones
1. LISTA DE ORDENAMIENTO ENTRADAS DESIGNACIÓN S1 S2 S3 S4 S5 S6
DESCRIPCIÓN Pulsador N.A. Pulsador N.A. Interruptor final de carrera N.A. Interruptor final de carrera N.A. Interruptor final de carrera N.A. Interruptor final de carrera N.A.
OPERANDO I0,1 I0,2 I0,3 I0,4 I0,5 I0,6
SALIDAS DESIGNACIÓN DESCRIPCIÓN Y1 Bobina de electroválvula Y2 Bobina de electroválvula
OPERANDO O0,1 O0,2
2. DIAGRAMA DE CONTACTOS
Figura 5.26
NOTA: Las memorias internas en Telemecanique, se representan desde B0 hasta B999.
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3. PLANO DE FUNCIONES
Figura 5.27
4. DIAGRAMA DE CONEXIONES
Figura 5.28
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MEMORIAS SET / RESET El principio de funcionamiento de esta memoria denominada SET / RESET consiste: Con la presencia de una señal discreta del tipo permanente (interruptor, conmutador, etc.) o mediante un pulso por el lado Set de la función, se produce una memorización de la salida; esto significa que dicha salida queda activada permanentemente, aún cuando está señal desaparezca después, siempre y cuando por el lado del Reset no se active la señal que lo afecta. Cuando se desea borrar la memorización de la salida, es decir desactivarlo, será necesario aplicarle por el lado del reset de la función la condición lógica 1 a través de la entrada que lo afecta. Solamente es necesario, al igual que para el set aplicar un pulso. Finalmente, si existiera la simultaneidad de señales tanto por el lado set como reset, la activación de la salida se producirá o no, conforme estén ordenadas las instrucciones de set y reset en la función; esto significa, que si el set esta primero que el reset, la salida no se activa, y si la orden de reset está primera que la del set la salida se activa. Para una mejor compresión del tema, explicaremos mediante un ejercicio como se aplica la función set / reset.
ARRANQUE DIRECTO DE UN MOTOR ELÉCTRICO DESCRIPCIÓN TECNOLÓGICA Se desea arrancar un motor eléctrico trifásico en directo que cuenta con: • Relé térmico de protección contra sobrecarga. • Pulsadores de arranque y parada.
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CIRCUITOS
Control
Fuerza
Figura 5.29
Se pide: 1 2 3 4
Lista de ordenamiento Diagrama de contactos Plano de funciones Diagrama de conexiones
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1. LISTA DE ORDENAMIENTO ENTRADAS DESIGNACIÓN DESCRIPCIÓN F1F Relé térmico N.C. S2Q Pulsador de parada N.C. S3Q Pulsador de arranque N.A.
OPERANDO I0,0 I0,1 I0,2
SALIDAS DESIGNACIÓN DESCRIPCIÓN K1M Contactor principal
OPERANDO O0,1
2. DIAGRAMA DE CONTACTOS I0 ,2
O 0 ,1 S O 0 ,1
I0 ,0
R I0 ,1
Figura 5.30
3. PLANO DE FUNCIONES I0 ,2
S
I0 ,0 R
I0 ,1
Figura 5.31
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O 0 ,1
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4. DIAGRAMA DE CONEXIONES
Figura 5.32
4.
SISTEMAS DE CONFIGURACIÓN 4.1.
CONFIGURACIÓN: PLC COMPACTO Son aquellos PLCs que utilizan poco espacio en su construcción y reúnen en la estructura básica del hardware todas las tarjetas electrónicas que describimos anteriormente, tal como la fuente de alimentación, la CPU, la memoria y las interfases de E/S. Las principales ventajas que presentan estos PLC compactos, denominados así por su tamaño, son más económicos dentro de su variedad. • • • • •
Menor espacio por su construcción compacta. Su programación es bastante sencilla. No requiere conocimientos profundos para su selección. Fácil instalación. Soportan contingencias extremas de funcionamiento tales como, temperaturas <60°C, fluctuaciones de tensión, vibraciones mecánicas, humedad, etc.
Actualmente se diseñan equipos, que por su tamaño reducido, pero con características de funcionamiento cada vez más complejos, son denominados Nano-PLC para la marca Telemecanique, Micrologix 1000 para la marca Allen Bradley, etc.
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Por otro lado, su bajo costo permite ser los más solicitados del mercado, utilizándose, inclusive, en las “viviendas inteligentes”. Algunos consideran que utilizar esta configuración ya es rentable cuando reemplazan a unos cinco relés, por encima de él se abre toda una variedad de tareas. Su uso radica en aplicaciones simples y en numerosos sectores, siendo los más comunes: • • • • • • • • •
Arrancadores de motores. Mando de bombas. Máquinas de embolsado. Mando de compuertas. Centros de formación. Calefacción, climatización, ventilación. Embotelladoras. Transporte. Sistemas automáticos de equipos, etc.
Controlador Lógico Programable Compacto: TSX 07 (Cortesía de Telemecanique)
Figura 5.33
Controlador Lógico Programable Compacto: TSX 17 - 20 (Cortesía de Telemecanique)
Figura 5.34
4.2.
CONFIGURACIÓN: PLC MODULAR Son aquellos PLCs que pueden ser configurados (armados) de acuerdo a las necesidades, para “armar” al PLC utilizamos las tarjetas (o módulos) electrónicos estudiados anteriormente, logrando mayor flexibilidad.
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Cada configuración es diferente, según la tarea de automatización. Cuando se decide instalar PLC modulares, hay que seleccionar cada uno de los componentes, empezando, en primer lugar, por el cerebro del PLC, esto es, la unidad central (CPU), ellos varían de acuerdo a la capacidad de memoria del usuario, tiempo de ejecución y software requerido, en otras palabras, de acuerdo a la complejidad de la tarea o tareas de automatización. En segundo lugar, hay que tener presente el tipo y cantidad de módulos de Entrada/Salida (E/S) digitales y análogas, módulos inteligentes, etc., de acuerdo a los requerimientos. En tercer lugar, la fuente de alimentación, según la potencia que consume la CPU, módulos de E/S, periféricos, más módulos futuros. Y finalmente, el tamaño del rack, conociendo de antemano todos los módulos involucrados y pensando también en expansiones futuras. En la siguiente tabla comparativa se resume algunos datos técnicos de los PLC modulares existentes en el mercado local: Valores comparativos de tres marcas de PLC en configuración modular.
MARCA
PROCEDENCIA
SERIE
SIEMENS (Simatic)
ALEMANIA
S5-100U
ALLEN-BRADLEY
SLC-500 U S A
GE GENERAL ELECTRIC FANUC
90-30
CPU
103 102 100 5/03 5/02 5/01 341 334 313/3 23
CAPACIDAD DE MEMORIA (Kb) 20 4 2 24 4 4 80 16
SCAN * TIME (ms/Kb)
6
0,6
10 15 75 1 4,8 8 0,3 0,4
* Tiempo de ejecución, en promedio, para 1K de instrucciones con aproximadamente 65% de operaciones binarias y 35% de operaciones del tipo palabra. Las ventajas y desventajas de la configuración modular son: • Son más caros que los compactos y varían de acuerdo a la configuración del PLC. • Las ampliaciones se hacen de acuerdo a las necesidades, por lo general, se incrementan los módulos de E/S discreto o analógico.
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• En caso de avería, puede aislarse el problema, cambiando el módulo averiado sin afectar el funcionamiento del resto. • Utiliza mayor espacio que los compactos. • Su mantenimiento requiere de mayor tiempo. Las aplicaciones que se pueden desarrollar con estos tipos de PLC son más versátiles: van desde pequeñas tareas, como los del tipo compacto, hasta procesos muy sofisticados. La figura siguiente muestra un tipo de PLC en configuración modular:
Figura 5.35 Simatic S5 - 100U (Cortesía Siemens)
4.3.
CONFIGURACIÓN: PLC COMPACTO-MODULAR Una configuración compacto-modular está constituida, básicamente, por un PLC del tipo compacto, que se ha expandido a través de otros módulos, por lo general, entradas y salidas discretas o analógicas, módulos inteligentes, etc. El uso de las expansiones se debe a que la unidad básica que contiene la CPU, generalmente está diseñada con pocas E/S, y cuando la aplicación a automatizar contiene muchos sensores y actuadores, es necesario ampliar el controlador, utilizando solamente módulos de E/S gobernados por la misma unidad básica. Esta configuración destaca por las siguientes características: • • • •
Son más económicos que los PLC de tipo modular. La selección es sencilla ya que la CPU está seleccionada. Soportan contingencias extremas de funcionamiento. Su programación es fácil, donde solamente se debe tener en cuenta el direccionamiento de las instrucciones, según la unidad de extensión a la que se refiere.
Figura 5.36 TSX 17-20 en configuración compacto-modular (Cortesía Telemecanique)
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UNIDAD VI
HERRAMIENTAS DESCRIPTIVAS DE LOS AUTOMATISMOS
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Descripción tecnológica (textual). Diagramas desplazamiento fase. Ecuaciones booleanas. Diagramas lógicos. Diagramas de contactos o escalera. Diagramas de Flujo. El gráfico funcional, el GRAFCET.
Desde el momento que un automatismo esta siendo concebido en la cabeza de los proyectistas, se hacen necesario contar con herramientas descriptivas que puedan expresar claramente las condiciones de funcionamiento esperadas. En esta etapa es la expresión textual, la usada para describir las condiciones de funcionamiento del sistema. Esto se acompaña de los llamados diagramas desplazamientos fase, o tablas de secuencia, que explicara los movimientos de los actuadores. Cuando esto no es suficiente se tiene al GRAFCET en un primer nivel, para las especificaciones funcionales. A continuación se pasará al análisis de factibilidad y búsqueda de las mejores soluciones técnicas y tecnológicas. Es esta etapa de descripción técnica donde el GRAFCET pasa a un segundo nivel donde se visualiza las especificaciones tecnológicas involucrando álgebra boleana. Probablemente en esta etapa se haga uso también de los organigramas, o diagramas de flujo. La siguiente etapa se desarrolla la parte de mando, se establecen normativas, nomenclaturas, se desarrollan esquemas eléctricos, o diagramas lógicos, si la aplicación del mando estará en un lugar con peligro de explosión, el desarrollo de diagramas neumáticos será una alternativa a considerar. Para condiciones especiales de comportamiento los diagramas de flujo son una herramienta útil y también fácil de comprender. Lo interesante de todo esto es que muchas de las herramientas descriptivas de los automatismos son ahora aceptados como lenguajes de programación en los ya populares PLC. La norma IEC 1131-3 indica que los diagramas de funciones (diagramas lógicos), el lenguaje literal (tipo PASCAL), el diagrama secuencial (tipo GRAFCET), el diagrama escalera (tipo circuitos eléctricos), son ahora herramientas de programación. Esto por supuesto redundará en menor tiempo de realización y montaje de la parte del mando, así como en la puesta a punto de la maquina y en el futuro en la reparación. Veamos ahora un poco más en detalle cada una de estas y otras herramientas descriptivas involucradas en los automatismos.
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1.
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EXPRESIÓN TEXTUAL Y LENGUAJE LITERAL La descripción en forma de texto se usa principalmente para especificar los límites globales del sistema a realizar. Utilizando un lenguaje simple, se enumera lo que este automatismo debe hacer describiendo cada etapa y precisando las condiciones que debe satisfacer en cada momento. En la actualidad es indispensable usar también herramientas gráficas para complementar esta explicación, puesto que los automatismos a realizar en producción son cada vez más complejos y tienen de condiciones muy difíciles de explicar con solo texto.
Figura 6.1
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A continuación se muestra un ejemplo de este tipo de descripción. TECSUP
Taller Eléctrico Avanzado II
TALADRO DE ARBOL AUTOMATICO 1.- CONSIDERACIONES:
A.- MOTORES: a).- Motor de rotación: Motor trifásico asíncrono de rotor en jaula de ardilla de: 3,7 Kw, estrella/triángulo, 220/380 V, 13.4/7.7 A, 3470 rpm. b).- Motor de traslación: Motor trifásico asíncrono de polos conmutables de: 3.7/1.1 Kw, triángulo/doble estrella, 220 V, 14.5/6.6 A, 1730/855 rpm. B.- DISPOSITIVOS DE ENTRADA: a).- Pulsador de marcha S1: Para poner en funcionamiento la máquina. b).- Pulsador de parada de emergencia S2: Para detener la máquina en caso de emergencia. c).- Interruptor de posición LS1: Que permita iniciar y finalizar el ciclo de funcionamiento de la máquina. d).- Interruptor de posición LS2: Que permita hacer el cambio de velocidad del motor de traslación. e).- Interruptor de posición LS3: Que permita hacer el cambio de giro del motor de traslación. C.- DISPOSITIVOS DE SEÑALIZACION: a).- Lámpara de señalización H1: Que señalice el funcionamiento de la máquina. b).- Lámparas de señalización H2: Que señalice el proceso de taladrado de una pieza. c).- Lámpara de señalización H3: Que señalice la parada de la máquina por sobrecarga de uno de los motores. 2.- CONDICIONES DE FUNCIONAMIENTO: A.- SECUENCIA DE CONEXION Y DESCONEXION: a).- Al presionar el pulsador S1 deberá ponerse en funcionamiento primero el motor de rotación y transcurrido 1 s el de traslación en alta velocidad y de tal manera que el taladro descienda. b).- Al pasar el taladro por la posición del interruptor LS2, la velocidad del motor de traslación deberá disminuir. c).- Cuando el taladro llegue a la posición del interruptor LS3, se deberá invertir el sentido de giro del motor de traslación y su velocidad aumentará. d).- Al llegar el taladro a la posición del interruptor LS1, los dos motores dejaran de funcionar. e).- En caso de emergencia durante el funcionamiento de la máquina, al presionar el pulsador S2, los dos motores dejarán de funcionar. B.- FALLAS: a).- Una falla en cualquiera de los motores detendrá el funcionamiento de la máquina. Solucionado el problema, al presionar el pulsador S1 deberá ponerse en funcionamiento primero el motor de rotación y luego de 1 s el de traslación de tal manera que el taladro ascienda. b).- Al presentarse una falla en el suministro de energía eléctrica, la secuencia de conexión de la máquina será igual que en el caso anterior.
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2.
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DIAGRAMAS DE DESPLAZAMIENTO DESPLAZAMIENTO-FASE La representación gráfica se la posición de los accionamientos o del estado lógico de las variables se realiza en función del tiempo.
Figura 6.2
DESPLAZAMIENTO-FASE
Figura 6.3
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Símbolos para elementos, líneas y combinaciones para representación en el diagrama desplazamiento fase.
Figura 6.4
Figura 6.5
125
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Ejemplo de uso de un diagrama desplazamiento-tiempo.
Figura 6.6
-
Señal de ON-OFF Señal de MARCHA AUTOMÁTICA AND, en condiciones “Y” AND, y condiciones que vienen de otra máquina.
-
Limite de carrera 1S2, posición extendido del cilindro 1A Presostato regulado a 6 bar En condición Y (AND).
-
-
Limite de carrera 2S3, es actuado durante una distancia mayor por una leva. 2S3: El limite 2S3 es dejado libre.
-
Temporizador, señal regulada a 5s
-
Salida de señal que va a otra máquina.
-
Figura 6.7
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3.
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ECUACIONES BOOLEANAS El álgebra de Boole manipula las variables “Todo o Nada”, para describir en forma de ecuaciones los tratamientos lógicos, combinatorios de las Partes de Mando de los sistemas automatizados. Esta álgebra comprende reglas específicas. Las funciones de base son las funciones Y, O y NO.
Figura 6.8
Con estas variables booleanas utilizadas para los captadores, la descripción del de los automatismos puede ser más precisa.
Figura 6.9
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4.
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DIAGRAMA LÓGICO El ensamblaje gracias a sus diferentes entradas y salidas de los diferentes bloques que simbolizan cada función lógica permite la descripción gráfica del tratamiento de la parte de mando 4.1.
FUNCIONES COMBINATORIAS Anteriormente hemos visto que la parte de mando de un sistema automatizado: • Recibe diversas señales (desde los captadores, desde el • tablero de mando, pupitre, etc.), estas son las variables de Entrada; • Emite señales diversas (hacia la máquina, hacia el operador), estas son las variables de Salida. Cuando a cada combinación de variables de Entrada sólo corresponde un estado de una variable de Salida, la relación se denomina “combinatoria” y también puede expresarse sencillamente en forma lógica, ejemplo: S = a.b.(c + d.e)
Figura 6.10
4.2.
FUNCIONES SECUENCIALES Cuando por el contrario el estado de la variable Salida depende también de los acontecimientos precedentes, el problema se denomina “secuencial”. En la expresión de un problema secuencial se debe introducir el concepto de memoria. Este concepto se puede describir y realizar de diferentes formas: Funciones de memoria, circuitos con realimentación, GRAFCET.
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A continuación una visión de la lógica que relaciona a la neumática y electricidad.
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6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8
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5.
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ESQUEMAS DE CONTACTOS Basado sobre una lógica eléctrica de contactos y de relés, esta herramienta gráfica permite describir una realización cableada efectiva, un tratamiento lógico o una programación. La forma de su representación, depende para cada tipo de utilización: Circuito eléctrico cableado de mando o de potencia. Expresión lógica generalmente con vistas a una programación. 5.1.
ESQUEMAS DE CONTACTOS PARA REALIZACIÓN CABLEADA Los esquemas de contactos igualmente denominados esquemas desarrollados conciernen tanto a los circuitos de mando como a los circuitos de potencia.
Figura 6.11
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Neumática
TECSUP - PFR
Figura 6.12
Más allá de la representación lógica de los contactos eléctricos, estos esquemas tienen por vocación especificar los componentes realmente instalados, completadas con informaciones, que pueden comprender: • • • •
La simbolización de las funciones de cada elemento o componente; La identificación de los bornes y de los tipos de alimentación; El direccionamiento de cada contacto a su elemento principal; La identificación geográfica en los diferentes folios (planos).
Figura 6.13
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5.2.
Neumática
DIAGRAMA EN ESCALERA PARA EXPRESIÓN LÓGICA La utilización del diagrama en escala para especificar funciones lógicas generalmente programadas sólo requiere una identificación funcional de los componentes y de sus contactos asociados.
Figura 6.14
5.3.
ORGANIGRAMAS Y DIAGRAMA DE FLUJO El grafismo y el simbolismo de este útil permiten principalmente la descripción secuencial de los mandos programables y precisando a medida en que se producen los tratamientos a realizar,
Figura 6.15
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TECSUP - PFR
Descripción del modo de operación basado en el paso 2 de la secuencia, lo cual es representativo para las demás acciones.
Al extenderse el cilindro 1 A activa el límite de carrera 1S2. La señal de 1S2...
...Y la señal de un interruptor del sensor de presión (presostato) B1...
...Aplica energía al solenoide 2Y1... Figura 6.16 ...también desactiva al solenoide 2Y2...
... el cilindro 2A se extiende.
...El elemento de control (válvula electro-neumática) del cilindro 2A cambia de posición y...
Figura 6.16
6.
EL GRÁFICO FUNCIONAL (GRAFCET) El GRAFCET permite una representación gráfica de las especificaciones funcionales del equipo. Gráfico de descripción Los grafismos de base del Gráfico Funcional (etapas, uniones, transiciones...), permiten la representación clara de un sistema automatizado.
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Figura 6.17
Además de las secuencias lineales, el Gráfico Funcional ofrece la posibilidad de describir las secuencias opcionales (direccionamientos) o las secuencias simultáneas (paralelismo).
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Figura 6.18
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ANOTACIONES ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ...............................................................................................................................
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