182 Mandos de Sistemas Electroneumaticos

SERVICIO NACIONAL DE ADIESTRAMIENTO EN TRABAJO INDUSTRIAL

OCUPACIÓN CONTROLISTA DE MÁQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

MANUAL DE APRENDIZAJE

•

MANDOS DE SISTEMA ELECTRONEUMÁTICO

Técnico de

Nivel Operativo

AUTORIZACIÓN Y DIFUSIÓN

MATERIAL DIDÁCTICO ESCRITO

FAMILIA OCUPACIONAL

ELECTROTECNIA

OCUPACIÓN

CONTROLISTA DE MÁQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

NIVEL

TÉCNICO OPERATIVO

Con la finalidad de facilitar el aprendizaje en el desarrollo de la formación y capacitación en la ocupación del CONTROLISTA DE MÁQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES a nivel nacional y dejando la posibilidad de un mejoramiento y actualización permanente, se autoriza la APLICACIÓN Y DIFUSIÓN de material didáctico escrito referido a MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMÁTICOS. Los Directores Zonales y Jefes de Unidades Operativas son los responsables de su difusión y aplicación oportuna.

DOCUMENTO APROBADO POR EL GERENTE TÉCNICO DEL SENATI N° de Página…144……

Firma …………………………………….. Nombre: Jorge Saavedra Gamón Fecha: ………04.06.09…………….

Registro de derecho de autor:

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

Elementos con retención: Interruptores o selectores, ocupan un determinado estado cuando son accionados y lo mantienen sin que sea necesario seguir accionándolos. Por lo general, estos elementos disponen de un sistema de bloqueo mecánico. Solo si son accionados nuevamente regresan a su posición inicial. Por ejemplo, conmutador de balancín (enclavamiento)

Contacto abierto

Contacto cerrado

Interruptor normalmente abierto, por lo general de accionamiento manual

Interruptor normalmente abierto, enclavamiento.

Interruptor de posiciones normalmente cerrado, accionamiento normal tirando

Interruptor de posiciones normalmente abierto, accionamiento manual girando

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

15

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

Detectores mecánicos Un elemento de detección mecánico envía con ayuda de un fín de carrera mecánico una señal en el momento en que un cuerpo extraño se encuentra en una posición determinada.

Fin de carrera mecánico

El aviso puede ser enviado en distintas magnitudes físicas, pero la más usual y que prevalece es la señal eléctrica. Comando o regulación

Fin de carrera mecánico Cuando la leva de contacto pasa por el punto donde se encuentra el fin de carrera mecánico, éste se acciona y entrega una señal al comando o a la regulación.

Comando mediante fin de carrera mecánico

Un problema que aparece en estos componentes es el desgaste de los contactos en un accionamiento por efecto de chispa entre ambos. Dado que estos elementos son muy económicos y confiables, encuentran aplicación frecuente en la industria. Símbolos para interruptores mecánicos

Fin de carrera normal abierto accionamiento de rodillo.

Esquema de funcionamiento de un fin de carrera

Fin de carrera normal abierto accionamiento de rodillo basculante. CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

16

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

ELEMENTOS DE PROCESAMIENTO DE SEÑALES ELÉCTRICAS RELÉ El relé es un elemento para el tratamiento eléctrico de señales. Una vez aplicada la tensión en la conexiones de la bobina (7), circula corriente eléctrica por el bobinado (3) por lo que se forma un campo magnético. La armadura (4) es atraída al núcleo de la bobina (1), quedando accionado el conjunto de contactos (5). A través de las conexiones de contacto (6) se cierran y abren circuitos eléctricos. Una vez desconectada la tensión, el campo magnético queda anulado y la armadura con el conjunto de contactos adopta su posición inicial por medio de un muelle recuperador (2). 2

3

Partes del relé 4 1

5

A1

A2

7

6

Símbolos A1 K1 A2

A1 K1 A2

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

17

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

En la bobina por la que fluye una corriente eléctrica, se forma un campo magnético. Este campo magnético puede actuar sobre otras unidades técnicas, procurando la función conmutadora de relés y de contactos electromagnéticos. La dirección de las líneas de fuerza puede determinarse por la “regla del sacacorchos” Al hacer avanzar el sacacorchos en sentido contrario a la corriente de electrones, su sentido de giro coincide con el de las líneas de fuerza. Si la corriente que circula por el conductor es alterna, también se crea un campo magnético. Sin embargo, en este caso dicho campo cambia constantemente de valor y de sentido, por lo que es denominado campo magnético alternante. Tratandose de corrioente-continua, el valor y el sentido del campo magnético no varían. Enrollando un hilo conductor en la forma de espiral, se obtiene una bobina con una cantidad determinada de espiras. Cada una de las espiras crea líneas de fuerza circulares dispuestas en serie.

Dirección de las líneas de fuerza

Dirección de la corriente

Bobina

Conectando tensión a la bobina, fluye una corriente que crea un campo magnético que desplaza al inducido hacia el núcleo de la bobina. El inducido, por su parte, está provisto de contactos mecánicos que pueden abrir o cerrar. El estado descrito se mantiene mientras esté aplicada la tensión. Al interrumpirla, el inducido vuelve a su posición normal por acción de un muelle

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

18

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

Para simplificar la lectura de los esquemas eléctricos, se utilizan símbolos para los relés. A1

13

23

33

43

K1 A2

14

24

34

44

Los relés son denominados K1, K2, K3 ... Las conexiones eléctricas (en la bobina) se llaman A1 y A2. Ventajas = =

Fácil adaptación a diversas tensiones de trabajo. Insensibilidad térmica frente al medio ambiente. Los relés funcionan fiablemente a temperaturas entre 353 K (80ºC) hasta 233 K (-40ºC). = Resistencia relativamente elevada entre los contactos de trabajo desconectados. = Posibilidad de activar varios circuitos independientes entre si. = Presencia de una separación galvánica entre el circuito de mando y el circuito principal. Desventajas = = = = =

Desgaste de los contactos por arco voltaico u oxidación. Necesidad de más espacio que los transistores. Ruidos al conmutar. Velocidad de conmutación limitada de 3 ms hasta 17 ms. Interferencias por suciedad (polvo) en los contactos.

Especificaciones Tiempo de respuestas Tiempo de desconexión Conmutación máx.

Aprox. 8-22 ms según excitación aprox. 2-20 ms aprox. 15 por segundo

Tensión de trabajo

3,6,12,24,36,48,60,110,220,240 V 3,4,6,8,12,16,24,36,48,60,90,135,200 V=

Tensión de comprobación

2000 V ef.

Potencia de trabajo

1,0 - 1,5 W = /2,0 - 2,2 W

Carga máx. de la bobina

3 W/ 3,4 V A

Vida útil mecánica

100 millones de conmutaciones

Contactos

2 ó 3 contactos alternantes

Cap. máx. de conmutación

200 V / 6A de carga óhmica

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

19

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

VÁLVULA DISTRIBUIDORA 3/2, DE MANDO ELECTROMAGNÉTICO 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. Sin excitación en la bobinas magnética, el núcleo cierra, por efecto del muelle, la conexión P, y A está purgado por R. Cuando se excita el solenoide, atrae la armadura hacia su interior, cerrando R y comunica P con A R Símbolo

Y

SOLENOIDE Y

A

T

T P R ARMADURA

a) Sin excitación MUELLE

P

A

R

Y

b) Con excitación

P

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

A

20

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

VÁLVULA DISTRIBUIDORA 4/2, DE MANDO ELECTROMAGNÉTICO, SERVOPILOTADA La válvula de 4/2 vías, está compuesta por dos válvulas de 3/2 vías y tiene la función de controlar cilindros, motores o encargarse del control de otras válvulas. Una señal tiene como consecuencia que el inducido abra el paso. El aire comprimido que pasa por el canal de aire de prepilotaje actúa sobre los dos émbolos de la válvula permitiendo la conmutación respectiva. En estado de conmutación está abierto el paso entre las conexiones 1(P) y 4(A), la conexión 2(B) expulsa el aire en dirección de la conexión 3(R). Cuando se interrumpe la señal eléctrica, ambos émbolos de la válvula vuelven a su posición normal, con lo que queda abierto el paso de 1 (P) hacia 2(B) mientras que la conexión 4(A) expulsa aire por la conexión 3 (R) Símbolo

A B

Y P R

b) Con excitación

a) Sin excitación

Y

Y

R A

P

B

R A

B

P

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

21

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

VÁLVULA DISTRIBUIDORA 4/2, IMPULSOS ELÉCTRICOS, SERVOPILOTADA Es necesario disponer de dos señales para efectuar la conmutación, al igual que en la neumática. Una señal de entrada en Y1 (eléctrica) tiene como consecuencia que el émbolo de la válvula se desplace hacia la derecha en la parte neumática . La conexión 1(P) expulsa aire por 2 (B) y la conexión 4(A) lo hace por 3(R). La conmutación se produce por una breve señal (impulso) y el émbolo de la válvula mantiene esa posición hasta que la entrada Y2 (eléctrica) recibe una breve señal (impulso). Si la entrada Y2 recibe una señal, el émbolo de la válvula se desplaza hacia la izquierda. De este modo permite el paso de aire de 1(P) hacia 4(A) y la purga de aire de 2(B) hacia 3(R). Esta válvula es capaz de memorizar las señales.

Y1

Y2 P

a) Posición 1

Símbolo

A B

Y1

B

Y2

A P R

R

Y1

Y2 P

a) Posición 2

B

A R

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

22

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

VÁLVULA DISTRIBUIDORA 5/4, IMPULSOS ELÉCTRICOS, SERVOPILOTADA Esta combinación de válvulas está compuesta de cuatro válvulas de 2/2 vías. En posición normal, están cerradas todas las conexiones. Los conductos no tienen purga de aire. La activación es eléctrica. En su posición normal, estas válvulas mantienen las posiciones correspondientes de cilindros de doble efecto. Sus aplicaciones son el posicionamiento y la parada de emergencia. 4 2 (A) (B)

a

Símbolo

Y1

a T

0

ab

b

b T

Y2

5(R) (S)3 1(P)

Y1

Y2

5 (R)

3 (S)

4 (A)

2 (B)

1 (P) Posición normal: - Todas las salidas están bloqueadas. - Los muelles mantienen este estado. CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

23

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

ELECTROIMANES EN DC Y AC Electromagnetismo Alrededor de un conductor atravesado por una corriente se forma un campo electromagnético. Las líneas de campo tienen forma de círculos concéntricos.

+

El sentido del campo depende del sentido de la corriente.

Sentido de una corriente en un conductor

La determinación del sentido de las líneas de campo se consigue con la ayuda de la regla del tornillo, o bien del tirabuzón.

+

Regla del tornillo Se piensa en un tornillo con rosca a derecha que se atornilla en el sentido entrante del corriente. El sentido del giro de tornillo da el sentido de las líneas del campo.

Sentido de un campo magnético

Campo magnético de una bobina con corriente En una bobina los campos generados por cada espira forman un campo magnético común. El efecto magnético se representa con líneas de campo y se denomina flujo magnético ø. Tiene como unidad el Voltsegundo (Vs) . Las líneas de campo transcurren por el interior de la bobina en formas paralela y con igual intensidad. Allí el campo es homogéneo. El polo norte y el polo sur de una bobina se pueden determinar con la regla de la bobina.

S

N

+

Líneas de campo

-

Campo magnético de una bobina por la cual pasa una corriente

Regla de la bobina

Espiras

Si colocamos la mano derecha sobre una bobina de modo tal que los dedos sigan el sentido de la corriente, entonces el dedo pulgar nos indicará el sentido de las líneas del campo en el interior de la misma. Un hierro introducido en el campo magnético aumenta el flujo magnético de la bobina. En el campo de la electrónica y de la electroneumática se utiliza la fuerza electromagnética para cerrar contactos o conmutar válvulas. Es aquí donde encuentra aplicación frecuente el solenoide o electroimán blindado. Al aplicar una tensión el núcleo es atraído por el campo magnético, pudiendo realizar de esta manera un trabajo mecánico CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

Núcleo

Electroimán blindado

24

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

ELECTROIMANES DE CORRIENTE CONTINUA El núcleo de una bobina de corriente contínua siempre es de hierro dulce y masivo, con lo que su estructura es sencilla y robusta. Las perdidas térmicas durante el funcionamiento son determinadas exclusivamente por la resistencia óhmica de la bobina y por la intensidad I. Además, la estructura masiva del núcleo de hierro ofrece una conductibilidad óptima para el campo magnético. En consecuencia, la holgura restante no incide sobre el calentamiento. Al conectar la bobina, aumenta lentamente la corriente I. Al crearse el campo magnético, la bobina genera un contratensión por inducción que actúa en contra de la tensión aplicada. Esta circunstancia explica la atracción suave (lenta) del imán.

(Corriente) I

t (tiempo) Ascenso de la corriente al conectar una bobina c.c.

Dado que al desconectar aparatos inductivos desaparece el campo magnético, puede surgir una tensión autoinductiva muy superior a la tensión de la bobina. Ello significa que la tensión creada por la desconexión puede significar un daño del aislamiento de la bobina o provocar una carga considerable en los contactos por el efecto de los arcos voltaicos. Para contrarrestar estos efectos, puede incorporarse un “extintor de chispas” Paralelamente a la inducción L se acopla, por ejemplo, una resistencia R que se encarga de descargar la energía acumulada en el campo magnético a causa de la desconexión. Cabe anotar, sin embargo, que cualquier medida que tienda a extinguir chispas implica un mayor tiempo de desconexión. = = = = = =

Ventajas: Trabajo y conmutación suaves Fácil conexión Baja potencia de conexión Baja fuerza de retención Vida útil más larga que la versión de corriente alterna Silenciosa

= = = =

Desventajas: Sobretensión al desconectar Necesidad de extinguir chispas Esfuerzo considerable para los contactos Necesidad de incluir un rectificador si solo se dispone de corriente alterna

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

25

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

ELECTROIMANES DE CORRIENTE ALTERNA El inducido y la culata magnética están compuestos de chapas laminadas (capas de varias chapas delgadas). Aparte de las pérdidas que se producen en el embobinado de cobre, también se producen pérdidas en el hierro. Estas pérdidas son calificadas de pérdidas por corrientes parasitarias y por histéresis. Con el fin de que dichas pérdidas se mantengan en niveles mínimos, se recurre a un núcleo de chapas laminadas superpuestas, pero, a pesar de ello, las bobinas de c.a. se calientan considerablemente. Al conectar una bobina de c.a. surge una fuerte corriente I en función de la resistente aparente Z (pérdidas), de la resistencia R y de la inducción L. La fuerza de tracción es relativamente grande en concordancia con el alto valor de la corriente I. De este modo se obtiene tiempos de conexión relativamente breves. La holgura entre el inducido y el núcleo tiene una influencia considerable sobre la magnitud de la corriente remanente I. Durante el funcionamiento no debería haber holgura.

(Corriente) I

T (tiempo)

El arco voltaico que se produce al desconectar es menos peligroso que aquél que se produce en una bobina de c.c., ya que se apaga en el paso cero de la corriente. Los picos de tensión que surgen aún así, pueden mantenerse en niveles mínimos mediante una combinación de resistencia y condensador. Ventajas: = = = =

Tiempo de conmutación breves Gran fuerza de tracción Por lo general no es necesaria una extinción de chispas No hay necesidad de un rectificador de c.c. Desventajas:

= Considerables esfuerzos mecánicos = Mayor calentamiento si la holgura se mantiene a pesar de una elevada absorción de corriente. = Menos durabilidad (conmutaciones) = Cantidad limitada de conmutaciones en función de la carrera = Zumbido CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

26

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

Resistencia eléctrica Si bien en conductores eléctricos una resistencia elevada generalmente no es deseada, la resistencia como componente electrónico tiene una gran importancia.

Resistencia R

Una limitación en la intensidad de corriente, o bien, una división de la tensión sin ella sería muy difícil. El flujo de corriente en una red depende de la tensión y de la resistencia del material conductor.

+ -

R

Intensidad de corriente I en A (Ampere) Tensión

U

en

Resistencia R

en

V (Volt) W

(Ohm)

Resistencia R

La interrelación de estas tres magnitudes eléctricas se expresa a través de la -ley de Ohm -. R= U I

en

W =V A

Con ello puede calcularse por ejemplo, una corriente en un circuito cerrado.

Ejemplo de cálculo 1 Qué valor tiene la corriente I en un circuito si la tensión aplicada es de 12 Volt y la resistencia del consumidor tiene 10 W

R= U I I= U R

I=?

+ 12 V -

Solución

10 W

I= 12 V 10 W I= 1,2 A La intensidad de corriente en este circuito es de: I= 1,2 Ampere

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

27

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

Redes eléctricas con resistencias Según la ley en una conexión eléctrica en serie: R1

R2

U1

- Resistencia total Rg

U2

Rg = R 1+ R2 + R 3+ .....+ R n - Tensión total U g Ug = U 1 + U2 + U 3+ .....+ U n

R3

- Corriente total

U3

Ig

Ig = I1 = I 2= I3 = .....=I n Conexión en serie de resistencias eléctricas

Según la ley en una conexión en paralelo: - Resistencia total R ‘g I2

I1 U1

U2

I

3

U2

R1

1 = 1 + 1 + 1 + .... +1 Rg R1 R2 R3 Rn - Tensión

R3

R2

total U g

Ug = U 1 = U2 = U 3= .....= U n - Corriente total

Ig

Ig = I1 + I 2+ I3 + .....+I n Conexión en paralelo de resistencias eléctricas

Ejemplo de cálculo 2 Solución: Calcule la resistencia parcial R23, la resistencia total Rg, las tensiones U1 y U2 y las corrientes I1, I2 e I3. I

R g = R1 + R23 = 10W + 15W 1 U1

R1= 10

I U=30V

I

2 R 23

R2= 10

1 = 1 + 1 = 1 1 = 5W + R23 R 2 R3 10W 10W

R3= 10

I g = I = Ug =30 V = 2A 1 Rg 15 W U1= R1 I g= 10W 2A = 20 V

3 U2

U2= R23 I 2= 5W

2A = 10 V

I 2= U2= 10V = 1 A R2 10W I 3= U2= 10V = 1 A R3 10W CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

28

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

Reactancia y potencia aparente Reactancia inductiva Si conectamos una bobina a una corriente alterna determinaremos que su resistencia es mayor.

Esquema de una bobina

Esta mayor resistencia de bobinas a corriente alterna frenta a las de corriente contínua se debe a la reactancia inductiva X L . La reactancia inductiva de una bobina aparece debido a la contratensión que se genera por autoinducción. La reactancia inductiva aparece por

Esquema detallado XL

R

resistencia ohmica

resistencia inductiva

- autoinducción. Por ello una bobina también se denomina

Esquemas de una bobina

- inductancia L. Dado que la reactancia se suma en una parte determinada a la resistencia óhmica pura, el resultado de ambas lo denominamos: - impedancia Z L Sin embargo, el cálculo no puede hacerse por suma directa, dado que existe un ángulo de fase, que debe ser tenido en cuenta .

Z

L XL

- ángulo de la fase j j

Se requiere las formulas siguientes: XL =wL en W Z L = R 2+ X 2 L

w

en W

= 2.p.F

R

Determinación vectorial de la impedancia (triángulo de impedancias)

L = inductancia en H (Henry) X L = reactancia inductiva en W R = resistencia ohmica en W Z L = resistencia inductiva en W CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

29

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

= potencia aparente en VA

P Q

= potencia reactiva en VAR

P

= potencia activa

en W

0

u

P S

+

360º 90º

180º

270º

tensión

Si en un circuito de corriente alterna tenemos una bobina conectada en serie que está compuesta de una inductancia pura y una resistencia activa, deben diferenciarse tres tipos de potencias a saber:

intensidad de corriente i

Potencia aparente

Ángulo de fase j en º

-

VA (Voltampere) VAR (Voltampere reactivo) W (Vatios)

intensidad de corriente i tensión u Desfase entre corriente y tensión en una bobina

El ángulo entre P y P en este caso es S también el ángulo de fase j.

e

En una bobina la corriente se adelanta respecto a la tensión en un ángulo de fase j.

Po

Las potencias se pueden calcular como sigue: P

2

S

P

S

P

Q

2

= P + =

P

2

P

a ci n te

nt re a ap

PS

Potencia reactiva P

Q

Las potencias también se pueden representar en un triángulo. Para una conexión en serie de resistencia activa con reactancia inductiva el triángulo de potencias es similar al de las impedancias.

j

2

Q

Potencia activa P

2

+ PQ

Triángulo de potencias

2 = PS - P2

2 2 P = PS - PQ

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

30

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

CAPACIDAD Un condensador consta basicamente de dos placas metálicas y un material aislante situado entre las dos placas, llamando - dieléctrico -

conmutador manual carga

descarga

Si conectamos un condensador a una fuente de corriente continua veremos que fluye una corriente de carga que depende del tamaño de Diléctrico Amperímetro A carga del mismo y de la resistencia antepuesta. ++++++ Cuando el condensador llega a su carga, el flujo de carga va decreciendo hasta cero. + U Luego de realizado el proceso de carga se corta la fuente de corriente continua del condensador. -+- + - -+- -+- -+- + Sobre una de las placas del condensador aparece un exceso de electrones, mientras que en la otra placa existe una falta de electrones. Condensador en un circuito de corriente contínua Entre las placas del condensador se establece una diferencia de potencial. Al descargar el condensador la corriente de descarga fluye ahora en sentido contrario. Un condensador almacena carga eléctrica. Esta capacidad de carga eléctrica se denomina. -capacidad CDepende de la superficie de la placa A, del espesor d del dieléctrico y de las propiedades especificas de su material

er

(constante

dialéctica) así como de la constante eo (conductividad dieléctrica en vacío / constante eléctrica de campo).

er eo

= constante dieléctrica 12

= constante eléctr. de campo = 8,85 x 10 F/m C = er . eo . A d La carga crece con la capacidad y con la tensión. Q = C· U en C (Coulomb) C = capacidad en F (Farad) U = tensión en V El condensador se comporta en el circuito de corriente alterna como una resistencia, ya que existe carga y descarga en forma contínua ( con la frecuencia alterna)

Material Aire Aceite transformadores Acrílico Papel duro Resina fenólica Porcelana Vidrio Mica Oxido de aluminio

er 1,0 2,2 3,5 4,0 5,0 5...6 4...6 6...8 6...9

Constantes dieléctricas de distintos materiales

En un circuito de corriente contínua el condensador se comporta como una resistencia inmensamente grande que luego de recibir la primera carga ya no deja pasar flujo eléctrico en esa dirección. CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

31

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

Medición de magnitudes eléctricas Para poder medir magnitudes eléctricas, tales como tensión, intensidad de corriente y resistencia necesitamos un instrumento de medición.

Medidor de voltaje (voltímetro)

V

Reglas para una medición

- +

Para medir la tensión eléctrica U en el consumidor se conecta el voltímetro a los bornes mismos del consumidor

U

Para medir la tensión de un generador debe conectarse el voltímetro precisamente a los bornes del generador. La tensión se mide en forma paralela.

R

R

V

V

Medición de tensiones

El instrumento para medir la intensidad de la corriente eléctrica se denomina comúnmente amperímetro. Para medir es necesario que la corriente fluya a través del aparato. Para ello se debe interrumpir el circuito y conectar el aparato en línea. El amperímetro está entonces conectado en serie con el consumidor.

- +

Para medir corrientes, el amperímetro debe conectarse en línea.

R

Una medición de resistencias puede realizarse en forma indirecta si se miden tensiones y corrientes y luego se procede al cálculo de la resistencia.

Medición de corrientes

U

I

Medidor de A corriente (amperímetro)

Con el medidor de resistencias (óhmetro) se puede conseguir una medición directa de resistencias. Este aparato contiene un voltímetro y una batería. Para que no existan mediciones erróneas es necesario que la batería mantenga una tensión constante. Las escalas de estos aparatos ya vienen graduados en Ohm. CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

32

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

SIMBOLOGÍA DE ESQUEMAS ELECTRONEUMÁTICOS Para poder montar una instalación eléctrica o electroneumática Ud. necesita de representaciones normalizadas o bien de planos eléctricos. En la industria son tres los planos habituales que le brindan la mayor información posible sobre cada proceso. Tipos de planos de conexión: - Plano eléctrico - Esquema de conexiones - Plano de instalaciones

220 V

S Æ K

2

Plano eléctrico S

En un plano eléctrico se resta importancia a la ubicación y al espacio donde deben ir localizados los elementos. Cadas elemento se dibuja como un conductor unifilar para poder reconocer su orden por función

1

Válvula electromagnética

Temp.

Relé

K

K

K S4 1

2

Y

1

K

2

Plano eléctrico

Los conductores unifilares se dibujan entre los potenciales de tensión y cero, para poder definir así funciones lógicas de arriba hacia abajo. 220 V S

Esquema de conexiones También aquí se resta importancia a la ubicación y al espacio de localización de los elementos.

K

1 K Y

Todos los elementos se dibujan con todas sus conexiones de llegada y partida. Es posible seguir los cables de conexión y determinar la complejidad eléctrica de la instalación. Elementos con funciones individuales como por ej. para un contactor, la bobina y sus contactos, ya no son representados en forma separada. CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

2

S4

S2

Esquema de conexiones

33

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

Plano de instalaciónes 2

2

Todos los elementos se representan en su ubicación y localización específica para

220 v

poder determinar la complejidad de la

2

instalación. Los componentes ya con su

S Y

forma real acabada son conectados con

4 2

6 2

una sola conexión y cada línea lleva una identificación numerada para conocer la S

cantidad de líneas a instalar.

2

5

Símbolo para circuitos y conexiones de circuitos. DIN EN 60617-3/60617-2, -4,-6/6017-7

K

1

Conductores

4 K

2

Plano de instalaciones

Conductor a tierra

+

Cruce de conductores Conexión de conductores Conexión de líneas, disconectables Conducción de conductor a través de carcaza Conductor apantallado Conductor a tierra en general Toma para cable de protección Masa Conector Enchufe Conexión enchufable

+++ 1 2 3 4

Conector múltiple Bornera

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

34

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

CIRCUITOS ELECTRONEUMATICOS BÁSICOS Cuando la distancia a cubrir por las conducciones neumáticas son grandes, las señales de mando se debilitan y retrasan sus efectos, debido a la pérdida de carga, lo que significa que ya no tiene la condición de rápidas y seguras. Por otro lado , las conducciones largas representan un consumo muy elevado de aire y los gastos que de ellos se derivan pueden resultar intolerables. Por estas razones interesa, con frecuencia, combinar las ventajas del mando eléctrico con la simplicidad y eficacia de la neumática, lo que nos lleva a las aplicaciones electroneumáticas.

Sistema neumático

A Y1

T

A Y1

T

P

T

B T

R

R

S

P

Sistema eléctrico Solución a

+

Solución b

+ S1

S1

Y1

-

K1

K1

-

Y1

1 NA

2 NC

2

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

35

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

Ejemplo 2 : Mando electroneumático de un cilindro, con pulsadores. A. Con electroválvula 5/2, monoestable. Sistema neumático

Sistema eléctrico

+ R

K1

A

K1

B

A

K1

Y1

T

Y1

T

R

-

S P

2

1 NA

3

NC

2 3

B. Con electroválvula 5/2, biestable Sistema neumático

B

A Y1

T

Y2

T

R

S P

Sistema Eléctrico Solución b

Solución a

+

+ A

A

R

K1 R

K2

-

K1

K2

K1

K2

K1

Y1

K2

Y2

Y1

Y2

-

1

2

3

4

NA

NC

NA

NC

2

3

4

1

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

5

6

36

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

Ejemplo 3

: Mando semiautomático ciclo único. Sistema neumático

Sistema eléctrico

+ S2

K1

S1

S2

K1

B

A

K1

Y1

T

Y1

T

R

-

S P

2

1 NA

3

NC

2 3

Ejemplo 4 :

Mando manual y automático de un cilindro. Sistema neumático

B1 B

A Y1

B2

T

Y2

T

R

S P

Sistema eléctrico

AUTOMÁTICO

+ K1

K1

S1

K3

K2

STOP K1

S2

B2

S3

K2

B1

STAR

RETORNO (MANUAL)

B1

B2

K2

K3

K1

-

K2

Y1

K3

2

1

S4

K3

AVANCE (MANUAL)

4

3

5

7

6

NA

NC

NA

NC

NA

NC

2

-

4 9

6 -

7 10

3 -

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

8

Y2

9

10

37

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

PRECAUCIONES DE SEGURIDAD EN LA ELECCIÓN DEL TIPO DE TENSIÓN PARA EL CIRCUITO DE MANDO Las partes de un equipo que se encuentran bajo tensión eléctrica suelen estar protegidos mediante aislamientos para evitar contactos involuntarios. Si el aislamiento está dañado es posible que se produzcan contactos peligrosos con los cuerpos metálicos de los equipos respectivos. Tensiones superiores a 65 v son peligrosos para el ser humano (para animales a partir de 24 v). La norma VDE establece que los equipos con más de 65 v a tierra deberán estar provistos de diversas medidas de protección. El cuerpo humano se comporta como una resistencia eléctrica variable en función de una serie de circunstancias, como la edad, el sexo, el estado de salud, etc.. Así por ejemplo, las mujeres y los niños son más vulnerables que los hombres a las descargas eléctricas en baja tensión; esto es debido a que tienen una piel más sensible y, por tanto, menor resistencia al paso de la corriente eléctrica. Cuando el cuerpo humano está sometido a una tensión, circula una intensidad a través de él, más o menos fuerte en función de esta tensión y como se ha comentado, de la resistencia del cuerpo. Esta intensidad es capaz de producir lesiones que pueden llegar a causar la muerte. Entre los efectos cabe señalar:

- 1 a 2 miliamperios (mA) = cosquilleo - 9 mA = contracción muscular - 10 mA = soportable - 15 mA = Tetanización - 25 mA = Tetanización muscular del tórax, asfixia si no se corta. - 50 mA = Fibrilización ventricular del corazón (respiración artificial) -1A

= Muerte casi segura

Otros efectos de la corriente eléctrica sobre las personas son las quemaduras que se producen, más o menos graves en función de la zona del cuerpo afectado y del tiempo que dura el choque eléctrico. CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

38

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

PRECAUCIONES EN LA CONEXIÓN DE LA LÍNEA DE TIERRA La protección por puesta a tierra transforma un contacto con el cuerpo humano en un cortocircuito. La corriente de defecto conducida por la conexión a tierra activa las unidades protectoras contra sobretensión. En un sistema de conductores de protección, todas las partes de un equipo que pueden entrar en contacto con el cuerpo humano están conectados entre si mediante conductos de protección y, además, está conectados a tierra. Este sistema de protección es admisible sólo en determinados tipos de equipos. En un circuito de protección por desconexión de tensión de defecto, en caso de producirse un contacto con el cuerpo humano, el circuito de protección por desconexión de corriente de defecto provoca una desconexión inmediata (0,1 segundos) de todos los polos de la unidad de trabajo. La tensión de defecto llega a un interruptor de seguridad que está acoplado entre la unidad consumidora y la conexión auxiliar de tierra.

L1 L2 L3 N

Interruptor de seguridad

U

Pulsador de control

H

K

Línea auxiliar a tierra

Línea de seguridad

Conexión auxiliar a tierra

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

39

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

TIPOS DE PROTECCIÓN PARA EQUIPAMIENTO INDUSTRIAL SEGÚN DIN 40050 Esta norma explica cómo proteger al personal contra accidentes por contacto con elementos de tensión eléctrica o elementos mecánicos incorporados en cajas. Además, esta norma se refiere también a cómo proteger a los equipos mecánicos contra la infiltración de cuerpos sólidos y de agua. La especificación del tipo de protección se compone en primer lugar de dos letras mayúsculas IP (International Protectión) y de dos cifras para el grado de protección. IP

4

4

Ejemplo: Característica 1a. Cifra índice 2da. Cifra índice

Primera cifra índice

Denominación

Significado

0

Sin protección

Sin protección especial para personas contra contacto involuntario de piezas estáticas o móviles bajo tensión. Sin protección del medio de servicio contra penetración de cuerpos extraños sólidos.

1

Protección contra cuerpos extraños grandes

Protección contra contacto involuntario de piezas bajo tensión y piezas internas móviles. Protección contra penetración de cuerpos extraños sólidos con un diámetro superior a 50 mm.

2

Protección contra cuerpos extraños medianos

Protección contra contacto con los dedos de piezas bajo tensión o piezas internas móviles. Protección contra penetración de cuerpos extraños sólidos con un diámetro de más de 12 mm.

3

Protección contra cuerpos extraños pequeños

Protección contra contacto de piezas bajo tensión o piezas internas móviles con herramientas, alambres o similares, con un espesor de más de 2,5 mm. Protección contra penetración de cuerpos extraños sólidos con un diámetro de más de 2,5 mm.

4

Protección contra particulas extrañas

Protección contra contacto de piezas bajo tensión o piezas móviles con herramientas, alambres o similares con un espesor de más de 2,5 mm. Protección contra penetración de partículas sólidas extrañas con un diámetro de más de 1 mm.

5

Protección contra asentamiento de polvo

Protección total contra contacto de partes estáticas o móviles internas bajo tensión. Protección contra asentamiento de polvos dañinos. La entrada de polvo no se evita completamente, pero el polvo no debe penetrar en cantidades tales que puedan afectar el normal funcionamiento.

6

Protección total contra la entrada de polvo

Protección total contra contacto de piezas estáticas o móviles internas bajo tensión. Protección contra la entrada de polvo.

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

40

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

Identificación de la segunda cifra índice según DIN 40 050

Segunda cifra índice

Denominación

Significado

0

Sin protección .

Sin protección especial.

1

Protección contra caída vertical de gotas de agua

Las gotas de agua en caída vertical no deben alterar el funcionamiento del equipo

2

Protección contra caída inclinada de gotas de agua

Las gotas de agua en caída inclinada en un ángulo cualquiera de hasta 15º respecto de la vertical no deben alterar el funcionamiento normal del equipo

3

Protección contra llovizna de agua

Agua en caída inclinada en un ángulo cualquiera de hasta 60º respecto de la vertical no debe alterar el funcionamiento normal del equipo

4

Protección contra salpicaduras de agua

Agua que salpique desde cualquier dirección no debe alterar el normal funcionamiento del equipo.

5

Protección contra chorro de agua

Un chorro de agua que sale de una boquilla, dirigido contra el equipo desde cualquier dirección no debe alterar el funcionamiento normal del mismo.

6

Protección contra inmersión parcial

Sumergiendo el equipo en agua, bajo una presión determinada y durante un tiempo definido, no debe penetrar agua en cantidad tal que afecte el funcionamiento normal del mismo

7

Protección contra inmersión total.

Sumergiendo el equipo en agua, bajo una presión determinada y sin límite de tiempo, no debe observarse una entrada de agua tal que pueda afectar el normal funcionamiento del mismo.

Ejemplo : I P 21 Este ejemplo significa que el equipo está protegido contra contactos táctiles en los elementos de tensión o los elementos mecánicos interiores, así como contra la penetración de cuerpos extraños con más de 12 mm. de diámetro y contra la precipitación vertical de gotas de agua.

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

41

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

Identificación de los tipos de protección mediante símbolos según VDE 0710 y 0620

Tipo de protección

Símbolo

Alcance de la protección

Al descubierto

Sin protección .

Protección a gota de agua

Protección contra humedad elevada, vapores y gotas de agua que caen en forma vertical.

Protección contra lluvia

Protección a la caída de gotas de agua que caen en ángulo de hasta 30º respecto de la vertical

Protección contra salpicaduras

Protección contra gotas de agua provenientes de cualquier dirección.

Protección contra chorro de agua

Protección contra chorro de agua proveniente de cualquier dirección.,

A prueba de agua

Protección contra penetración de agua sin presión

A prueba de agua bajo presión

Protección contra penetración de agua bajo presión

... atü

Protección contra polvo

Protección contra penetración de polvo sin presión.

A prueba de polvo

Protección contra penetración de polvo bajo presión.

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

42

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

CONTAMINACIÓN DEL MEDIO AMBIENTE Los Sistemas Neumaticos pueden contaminar el medio ambiente de dos maneras: ! !

Ruidos ocasionados por escapes de aire. Nieblas de aceite: se trata de nieblas ocasionadas por aceite en el compresor o por aceite agregado al aire en la unidad de mantenimiento. Esta niebla de aceite contamina el medio ambiente al descargar el aire.

En consecuencia, es necesario adoptar los medios apropiados para evitar un nivel de ruido demasiado elevado en los puntos de escape de aire. Con ese fin, puede recurrirse a los siguientes elementos: Silenciadores para escape de aire. Los silenciadores disminuyen el nivel de ruido en los puntos de descarga de aire de las válvulas.. Su función consiste en disminuir la velocidad de aire. Está características puede significar una disminución de la velocidad del vástago de un cilindro. Otra solución es la de regular la resistencia al flujo de aire en los silenciadores de estrangulación. De ese modo es posible regular la velocidad de los cilindros y los tiempos de conmutación de las válvulas. Otras posibilidades de reducir el nivel de ruidos consiste en guiar el aire de escape de varias válvulas hacia un silenciador grande a través de un colector de escape. Niebla de aire El aire de escape de sistemas neumáticos contiene una niebla de aceite que suele permanecer en el medio ambiente finamente pulverizado durante un tiempo prolongado, con lo que puede afectar las vías respiratorias. El daño ocasionado al medio ambiente es tanto mayor, cuanto más motores neumáticos y cilindros de grandes dimensiones se utilicen. Para evitar ese problema actualmente los elementos se fabrican con autolubricación, por lo que no es necesario el deposito lubricador en la unidad de mantenimiento. No se debe permitir que el aceite del compresor pase a la red de aire a presión (instalar separador de aire). !

El aire de escape contiene partículas de suciedad, puede dañar las vistas de las personas expuestas a dichas partículas.

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

43

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

2 INSTALACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRONEUMATICOS SECUENCIALES SIMPLES

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

44

3.0 (C)

1.0 (A)

2.0 (B)

Nº

ORDEN DE EJECUCION

01

Realizar esquemas de mando electroneumático secuencial simple

02

Probar mando electroneumático secuencial simple de dos cilindros

03

Probar mando electroneumático secuencial simple de tres cilindros

PZA. CANT.

MATERIALES / INSTRUMENTOS Cilindro de doble efecto Electroválvula 5/2, monoestable Electroválvula 5/2, biestable Válvulas estranguladoras con antirretorno. Sensores magnéticos. Relés de contacto. Pulsadores Fuente de alimentación

DENOMINACION - NORMA / DIMENSIONES INSTALACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRONEUMATICOS SECUENCIALES SIMPLES

PERÚ

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

MATERIAL H.T.

2

TIEMPO ESCALA:

OBSERVACIONES Ref. H.T. HOJA : 1/1 2002

45

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

OPERACIÓN Realizar esquema de mando electroneumático secuencial simple El circuito regula la velocidad de extensión de los cilindros. Se utiliza electroválvula 5/2 monoestables, biestables, sensores magnéticos y válvulas de estrangulación unidireccional. PROCESO DE EJECUCIÓN 1. Realice esquema neumático B1

B2

1.0 (A)

1.0.2

2.0.2

1.1.

0.1

B

T R P

S

3.1. A

Y2

T

Y3

B4

3.0.2

2.1. A

Y1

’ 3.0 (C)

B3

2.0 (B)

B

T

Y4

T R P

A

S

B

T

T R P

S

LEYENDA 1.0/2.0/3.0 : Cilindro de doble efecto 1.0.2/2.0.2/3.0.2 : Válvula de estrangulación unidireccional 1.1 : Electroválvula 5/2 biestable 2.1/3.1 : Electroválvula 5/2, monoestable. B1/B2/B3/B4 : Sensor magnético 0.1 : Unidad de mantenimiento

OBSERVACIÓN - Para realizar la secuencia de trabajo de los cilindros, también es posible usar sólo electroválvulas monoestables o biestables.

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

H.O. 1 / 2

46

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

2. Realice esquema eléctrico. - Mando secuencial simple de dos cilindros + B3

B1

K1

I> S1

K2 K2

Y2

Y1

0

1

K2

K1

4

3

2

6

5

7

NA NC

NA NC -

7

Y3

2

7

- Mando Secuencial simple de Tres cilindros +

SO

K1

K1

B1

K3

K2

K2

B4

B3

K3

I>

S1

K1

K2 B2 K4

Y2

Y1 0 1

2

K1 3

K3

K2 6

5

4 NA NC 2 4 5

K4

-

7

NA NC 6 11

4 -

8

9

NA NC 8 12

Y3

K4

-

10

Y4 11

12

NA NC -

6 8

OBSERVACIÓN Los sensores magnéticos indicados en los esquemas, son de 24 VDC, tres hilos, contacto normalmente abierto, tipo PNP. PRECAUCIÓN Al emplear detectores tipo reedswitch debe prestarse atención de que ellos no se encuentren cerca de otro campo magnético, pues puede producirse alguna conexión indeseada. CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

H.O. 2 / 2

47

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

OPERACIÓN Probar mando electroneumático secuencial simple de dos cilindros Se realizará pruebas de funcionamiento del sistema eléctrico y neumático: conexionado, fugas, aislamiento, operatividad de elementos y secuencia indicada en el diagrama de movimientos. VOLTÍMETRO

1. Regule presión de trabajo (p=6bar)

IIIIII III

II I I

PROCESO DE EJECUCIÓN

FUENTE +

+

2. Verifique tensión en la fuente de alimentación +

3. Accione interruptor SÆ - el circuito eléctrico de mando queda alimentado Con tensión de 24 DVC

SO I>

4. Pulse S1 y verifique secuencia indicada en el diagrama de movimientos. Secuencia: - Activa el solenoide Y1, el vástago del cilindro 1.0 retorna - El sensor magnético B1 detecta el émbolo imantado, y energiza el relé de contactos K1. - El contacto auxiliar K1 del relé de contactos K1, energiza el solenoide Y3 y el vástago del cilindro 2.0 se extiende. - El sensor magnético B2 detecta el émbolo imantado del cilindro 2.0, y energiza el relé de contacto K2. - Los contactos K2 del relé de contactos K2, energizan el solenoide Y2 y desenergizan el solenoide Y3. Los vástagos de los cilindros 1.0 y 2.0 retoman a su posición original. - Se desernegizan el solenoide Y2. DIAGRAMA DE MOVIMIENTOS 1

2

3

4

1

1.0(A) 0 1

B1

B2

2.0(B) 0

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

H.O. 1 / 1

48

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

OPERACIÓN Probar mando electroneumático secuencial simple de tres cilindros Se realizarán pruebas de funcionamiento del sistema eléctrico y neumático: conexionado, fugas, aislamientos, operatividad de elementos y secuencia indicada en el diagrama de movimientos. PROCESO DE EJECUCIÓN 1. Regule presión de trabajo (p = 6 bar) 2. Verifique tensión en la fuente de alimentación. 3. Accione interruptor SÆ - El circuito eléctrico de mando queda alimentado con tensión de 24 DVC. 4. Pulse S1 y verifique secuencia indicada. 13 en el diagrama de movimiento. S1

Secuencia:

14

- Activa el solenoide Y1, el vástago del cilindro 1.0 retorna. - El sensor magnético B1 detecta el émbolo imantado del cilindro 1.0, y energiza el relé de contactos K1. - El contacto auxiliar K1, del relé de contactos K1, energiza el solenoide Y2 y el vástago del cilindro 1.0 se extiende. - El sensor magnético B2 detecta el émbolo imantado del cilindro 1.0, energiza el relé de contactos K2 y desenergiza el rele de contactos K1. Energiza el solenoide Y3 y el vástago del cilindro 2.0 se extiende. - El sensor magnético B3 detecta al émbolo imantado del cilindro 2.0, y energiza el relé de contactos K3. Energiza el solenoide Y4 y el vástago del cilindro 3.0 se extiende - El sensor magnético B4 detecta al émbolo imantado del cilindro 3.0, energiza el relé de contactos K4. Desenergiza los reles K2 y K3,los vástagos del cilindro 2.0 y 3.0 retornan. DIAGRAMA DE MOVIMIENTOS 1

2

3

1

4

5

6

B2

1.0 0 1

B1 B3

2.0 0 1

3.0

B4

0 CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

H.O. 1 / 1

49

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

CIRCUITO ELECTRONEUMÁTICO SECUENCIAL 1.- SECUENCIA .- Es toda sucesión ordenada de algunas o todas las combinaciones que puedan formarse con un cierto número de variables. 2.- CIRCUITO SECUENCIAL.- Es aquel en que, el propósito perseguido por la información, se logra únicamente cuando aquella sigue un determinado orden. En los circuitos secuenciales, así como en todos los circuitos de conmutación, cabe siempre distinguir los elementos de funcionamiento o información de los elementos gobernados o accionados por la maniobra de los primeros. En el caso de los circuitos secuenciales neumáticos, los elementos de información son los pulsadores, elementos lógicos, limitadores de carrera, etc. , y los elementos accionados son cilindros, motores, etc. 3.- CIRCUITO COMBINADO.- Es aquel en que el orden de funcionamiento de los elementos de la información no ejerce influencia alguna en el resultado de la información, ya que ésta depende únicamente de la función establecida por la combinación de los elementos de información. En las figuras Nºs. 1 y 2 se muestran los esquemas de circuitos secuenciales y circuitos de combinación.

a

M

A

N

B

b

x

N

B

R

C

L b

a

A

Y

Y

b

M

b

a

b

L

X

X

Fig. 1 circuito secuencial

Fig. 2 circuito de combinación

4.- SECUENCIA RIGUROSA.- Se produce cundo el paso de una fase a la siguiente, se verifica variando únicamente el estado de un elemento de respuesta. Las fases de un circuito secuencial serán las sucesivas combinaciones entre la totalidad de los elementos de información y los elementos gobernados.

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

50

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

5.- SECUENCIA MÚLTIPLE .- Se produce si el paso de una fase a la siguiente, se verifica cuando son varios los elementos que varían. 6.- LEY FUNDAMENTAL DE LOS CIRCUITOS SECUENCIALES Considérese como caso general un circuito formado por un relé A y un dipolo de conmutación (switch) E (A), tal como se indica en la Figura Nº 3.

E (A)

A

Fig. 3

Como en los circuitos de pura combinación, el estado del elemento gobernado corresponde al de su excitación, en este caso se cumplirá que: Si

E (A) = 0,

entonces A = 0

Si

E (A) = 1,

entonces A = 1

Estas relaciones permiten establecer la Ley que rige a los circuitos de pura combinación. A = E (A) Esta afirmación no puede establecerse en el caso de un circuito secuencial. Para el caso de un circuito secuencial, analicemos la secuencia de conexión del relé autoalimentado (Figura Nº4)

P

B

X

X Fig. 4

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

51

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

FASE

DESCRIPCIÓN

ESTADO DE LAS VARIABLES B X

1

Reposo

0

0

2

Se oprime B

1

0

3

Lo que hace que se conecte X

1

1

4

Se suelta B y sigue conectado X

0

1

En este circuito, la expresión del dipolo de excitación del relé X es: E (X) = (B + X) . P

En este caso las relaciones, propias del circuito de pura combinación se cumplen únicamente, en las fases 1 y 3, pero no son válidas para las fases 2 y 4. Prescindiendo de las particularidades de la fase 4, analizaremos detenidamente la fase 2. Su existencia se debe al hecho que si la excitación del relé X cambia su estado, éste invierte un tiempo en cambiar de posición. Este tiempo no es otro que en el que transcurre desde el instante en que la bobina del relé queda sometido a su tensión de trabajo, hasta el instante en que los contactos de que es portador alcanza su nueva posición, pudiendo decirse lo mismo de un orden inverso, para el proceso de su desconexión. Por esta razón, la fase 2 aparece como un estado de transición, para lo cual: X ¹ E (x) Teniendo en cuenta este estado transitorio, mayor o menor según el tipo de aparato, resulta que el estado de transición para ese relé quedará determinado por el estado de su dipolo (switch) de excitación.

7.- TIPOS DE CIRCUITOS

El carácter secuencial de los circuitos de esta naturaleza se presenta, en su forma más rigurosa, cuando la consecución de su ciclo se logra mediante una sola y única sucesión de fases. En estos casos, se dice que el circuito es de una sola secuencia o de secuencia simple. Si, por el contrario, el circuito admite en su ciclo de trabajo más de una sucesión de fases, que conduzcan al mismo resultado, sea en forma total o parcial, se dice que el circuito es de varias secuencias o de secuencias múltiples.

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

52

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

Para dar un ejemplo de circuito de secuencia simple, se usa los Mapas de Karnaugh, en los que se puede ver la secuencia o trayectoria de la señal. S

B0

B1

B0

B1

A0

Secuencia simple si el interruptor S es con retorno a resorte

A1 C0

C1

TIPOS DE CIRCUITOS DE UNA SOLA SECUENCIA - Circuito con ciclo cerrado en el origen PUNTO DE INICIO

La excitación de cada fase (paso) corresponde a la anterior o precedente.

- Circuito con ciclo cerrado en una fase intermedia PUNTO DE INICIO

H

La excitación de cada fase (paso) corresponde a la fase anterior o precedente. En algunas fases, la excitación puede hacerse por más de una señal, tal es el caso en H.

- Circuito con ciclo abierto Indica que, una vez alcanzada una fase, permanece en ese estado.

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

53

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

MAPA DE KARNAUGH Un Mapa de Karnaugh es un conjunto de cuadrículas yuxtapuestas, ordenadas en columnas y filas, dependiendo su número de la cantidad de variables. El Mapa de Karnaugh se usa en la proyección de circuitos secuenciales, que pueden ser neumáticos, eléctricos y/o electrónicos. El número mínimo de cuadrículas de un mapa de Karnaugh, dentro de un circuito secuencial, se determina por la fórmula. Nº = 2

n

C

Nº = número de cuadrículas n 2 = cantidad de variables C

Toda variable debe tener 2 posiciones: -

Presencia de señal, extendiendo, A1, “1”. Ausencia de señal, bloqueo, retractado, A0 , “0”

En todo Mapa de Karnaugh se debe cumplir que: -

La mitad del total de cuadrículas indique una posición de la variable, y. La otra mitad del total de cuadrículas, indique otra posición de la variable.

Siempre, en todo Mapa de Karnaugh debe existir la intersección de todas variables en sus 2 estados. Ejemplos: 1) Si se tiene las variables A, B, C, el mapa de Karnaugh debe tener 8 cuadrículas, por que 23= 8, por ser 3 las variables.

Los estados de cada variable serán: · Para la variable A · Para la variable B · Para la variable C

Ao Bo Co

y y y

A1 B1 C1

Se busca la intersección de las variables en sus estados, y se las ubica en el mapa.

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

54

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

C0 B0

C1

B1

B1

B0

A a) 0 A1

1 C0 A0

b)

A1

C1 A1

A0

C0

B0

B1

A1

A0

c)

C1

C0

B0 B1

1

C1

1

El cambio de la posición de la variable, en la denominación del mapa, produce un cambio en la ubicación de la cuadrícula. Cada cuadrícula tiene una definición establecida. Así, en el mapa (a), la cuadricula marcada con 1 define la intersección de A1 B1 C0, para cuadrícula del mapa (b) define la intersección de Ao B1 C1 y la cuadrícula del mapa ( c) define la intersección de A1 B1 C1. 2) Tengase ahora las variables A, B, C, D. El mapa de Karnaugh debe tener entonces 24 cuadrículas, es decir, 16.

Los estados de cada variable serán: ·

Para la variable A

·

Para la variable B

·

Para la variable C

·

Para la variable D

® ® ® ®

Ao, A1 Bo, B1 Co, C1 Do, D1

Se busca la intersección de las variables en sus estados y se las ubica en el mapa.

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

55

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

B0 A0 C0

A1

A1

A0

D0 D1

C0

B1 B0 D0

B1

D1

B1

B0

A0

C0 B0

A1

1

A0

C1

A1

C1

C1

C0

1

D1

D1 D0

C1

D0 D1

1

A1

B1 A0

D0

a)

b)

c)

Se observa que, en los 3 mapas, la posición de la cuadrícula seleccionada es la misma, pero su definición en el mapa es distinta. Así: ·

Para el mapa (a), la cuadrícula define la intersección de A1 Bo Co D1.

·

Para el mapa (b), la cuadrícula define la intersección de A1 B1 Co Do.

·

Para el mapa (c), la cuadrícula define la intersección de Ao Bo C1 D1.

Nota: Una vez seleccionada la nominación de la posición de las variables en el mapa, se la debe mantener durante todo el análisis y/o proyección del circuito. Aplicación del mapa de Karnaugh en la minimización de funciones Ejemplo 1:

Minimizar la función: f = S

1er. paso.

Se desarrolla la función en el sistema binario f = 00 + 10 + 11 . Para este caso serán las variables A y B.

2do. paso.

Se valoriza la función, colocando las variables en orden y, de acuerdo al resultado, poner A donde haya 1, o A donde haya 0, siempre que se encuentren en igual jerarquía, así como 1 para B y 0 para B. f = 00 + 10

3er.paso

+ 11

(0, 2, 3)

= AB +

AB

+ AB

Constituir el Mapa de Karnaugh, con 2 variables.

B

B

A A

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

56

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

4to paso.

Colocar dígitos en cada valor de salida.

Como f = AB + AB + AB, se toma un cuadrado por cada variable de la función, así: B

B

B

A

1

A

A

A

B

1

AB=

AB =

AB =

B

B

A

1

A

Luego f = AB + AB + AB, graficada en el mapa de Karnaugh será:

A

B

B

1

1 1

A

5to paso.

Agrupar los dígitos 1. En este caso, se hace por pares.

A

B

B

1

1 1

A

6to paso.

Obtener el resultado de los grupos, así:

El grupo horizontal está definido por A. El grupo vertical está definido por B Luego, el resultado será

¦ = A+ B

De este ejemplo, puede comprobarse el resultado efectuando la minimización, mediante los teoremas de Álgebra de Boole. Luego: f = S (0, 2, 3)

f= f= f=

Ejemplo 2: Minimizar la función:

00 AB AB

+ 10 + 11 + AB + AB = AB + A(B + A ) +A =A +B

f

= S ( 2, 3, 4, 5, 7)

f=

010

+ 0 1 1 + 1 0 0 + 1 0 1 + 11 1

f=

ABC + ABC+ ABC + ABC +ABC

Para colocar los dígitos 1 en cada valor de salida, se tendrá especial cuidado por ser un caso de 3 variables.

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

57

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS A

A

A

A

C

1

C

A BC =

A BC = 1

C B

C B

B

B

A

A

B

B

A

A

C

1

C

A BC =

A BC =

C

C

1

B

B

B

B

B

B

Luego la función f = ABC + ABC + ABC + ABC + ABC graficada, y agrupada por pares en el Mapa de Karnaugh, es: A

A C

1

C

1 B

1

1 1 B

B

Luego la agrupación tomada da como resultado: - Posición vertical AB - Posición vertical AB - Posición horizontal BC Por tanto, la función queda minimizada como f = AB + AB + BC Ejemplo 3: Minimizar la función:

f = å (0, 1, 2, 5)

= 000 + 001 + 010 + 101 = ABC + ABC + ABC + ABC

¦

Graficando y agrupando los dígitos de la función en el mapa de Karnaugh, se tiene:

A

A C

1

A

A 1

C

1

C

1

1

o sea C

1 B

B

1 B

B

Las agrupaciones tomadas dan como resultado:

1 B

1 B

- Posición vertical AB; las variable C y C no se toman en cuenta, por que C + C = 1 - Posición horizontal BC, por que A + A = 1 - Posición horizontal AC, por que B +B = 1 Por lo tanto, la función queda minimizada como : f = AB + BC + AC CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

58

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

FUNCIONES LÓGICAS Para construir un circuito lógico, es necesario tener varias funciones lógicas básicas. Ellos son: Tabla de verdad

Símbolo:

&

A B

A

vB

A

B

A

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

vB

Las entradas son las variables A y B, y la función de salida es A Ù B . La tabla de verdad indica que si se considera al dígito 0 como ausencia de señal, y al dígito 1, como presencia de señal, habrá una señal de salida, únicamente, en el caso en que ambas entradas (A y B) tengan aplicada una señal. En otras condiciones, no habrá señal de salida; lo que está representado por el dígito 0. 2. Función OR (disjunción) Símbolo: Tabla de verdad

1

v

A B

AvB

AvB

A

B

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1

Las entradas son las variables A y B, y la función de salida es A Ú B . La tabla de verdad indica que, si se considera al dígito 0 como ausencia de señal, y al dígito 1, como presencia de señal, para que exista una señal de salida, se requiere que haya una señal de entrada en A, en B, o en ambas. 3. Función NOT Símbolo: Tabla de verdad A

1

A

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

A

A

0

1

1

0

59

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

La función lógica NOT invierte la condición o estado lógico de la señal de entrada, tal como lo indica la tabla de verdad. 4. Función NAND Símbolo

Tabla de verdad

&

A B

A

vB

A

B

A

0

0

1

0

1

1

1

0

1

1

1

0

vB

La función lógica NAD constituye la negación de la función AND. 5. Función NOR Símbolo

1

v

A

Tabla de verdad

B

AvB

AvB

A

B

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

0

La función lógica NOR constituye la negación de la función OR. 6. Función XOR (OR exclusivo) Símbolo Tabla de verdad

A B

1

Q

A

B

Q

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

0

La función lógica XOR, de acuerdo a su tabla de verdad, indica que hay una señal de salida, cuando existe una señal en la entrada A o en la entrada B. En otras condiciones, no hay tensión o señal de salida.

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

60

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

RELACIÓN ENTRE SÍMBOLOS DE CIRCUITOS Y SÍMBOLOS LÓGICOS En cualquier sistema de control puede darse el caso de que varias señales binarias deben enlazarse entre si, para arribar a algún resultado. Dichos enlaces han sido normalizados. Aquí vamos a estudiar algunos de ellos: identidad, negación, conjunción y disjunción. Símbolos neumáticos Símbolos electrónicos según DIN ISO 1291 según DIN 40 713

Símbolos lógicos según DIN 40 700 IDENTIDAD

+ A1 E1

E1 T

E1

1

T

A1

Tabla de trabajo

E1

A1

0

0

1

1

A1

Válvula 3/2 vías (NC)

SI

Normalmente abierto

E1 = A1

NEGACIÓN

+ A1 E1

E1 T

T

E1

1

A1

E1

A1

0

1

1

0

A1

Válvula 3/2 vías (NA)

+

A1

E1 = A1

CONJUNCIÓN E1

E2

E1

NO

Normalmente cerrado

E2

E1 E2

A1

&

A1

E1 E2

A1

0 1 0 1

0 0 0 1

0 0 1 1

AND

Válvula de presión dual 2 interruptores NA en serie +

E1 E2 = A1

DISJUNCIÓN

A1 E1 E1

E2

Válvula conmutadora

E2 A1

E1 E2

2 interruptores NA en paralelo

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

=1

OR

A1

E1 E2

A1

0 1 0 1

0 1 1 1

0 0 1 1

E1 E2 = A1

61

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

MAPA DE KARNAUGH APLICADO A CIRCUITOS SECUENCIALES Los mapas de Karnaugh tienen gran aplicación en la proyección de circuitos secuenciales neumáticos, en los que las variables las constituyen los cilindros neumáticos, así como los motores, etc. Los dos estados de cada variable los constituyen o representan los limitadores de carrera. Así, un cilindro neumático de doble efecto A, representará la variable A, el limitador de carrera, que indica que el cilindro se encuentra retractado, representará un estado Ao y el limitador de carrera, que indica que el cilindro se encuentra totalmente extendido, representará A1. Lógicamente, cuando se dice que el cilindro A representa una variable, se alude al cilindro, con su respectiva válvula de distribución, en la que, cuando el cilindro A se extiende, se representa como A+, y cuando el cilindro A se retracta, como A-. Bajo estas consideraciones y algunas más que se darán durante el desarrollo de un circuito secuencial, se establece un orden para la proyección de un circuito secuencial cualquiera.

Ecuaciones lógicas: Se extraen del mapa, teniendo presente cuál fue la variable que cambió de estado anteriormente, esto es, cual fue el último cambio de variable. Siempre se debe tratar de definir bien la cuadricula donde termina cada vector. Cada vector representa un cambio de variable. Así pues: A+

= B1.S

B-

= A1

B1 por que es el último cambio y S por que es la señal de entrada AB+

= Bo = Ao

Diagramas de control: Este diagrama se puede hacer en 2 formas: a)

Diagrama de control aparte, es decir, cada ecuación constituye la señal que hace actuar el piloto para cada válvula del cilindro. Por ejemplo:

E D

0 0

E

1

A+ Significa A+ = C0. D0. E1 C- Significa

X 3 A 0

C- = X3. A0. B1 B

1

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

79

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

b) Diagrama de control conjuntamente con el de fuerza, viene a ser la unión de los dos diagramas.

AO

A+

A-

T

BO

A1

B+

T

B1

B-

T

T

Se proyecta un circuito secuencial que consta de 3 cilindros de doble efecto: - cilindro A se extiende - cilindro B se retracta - cilindro C se extiende - cilindro C se retracta - cilindro A se retracta - cilindro B se extiende

(A+) (B-) (C+) (C-) (A-) (B+)

Como requisitos tenemos: a) El sistema tiene un selector automático - manual. b) Cuando funciona en automático, es de ciclo continuado c) Cuando funciona en manual, los cilindros se extienden y retractan independientemente. d) Tiene un pulsador de parada de secuencia, en cualquier etapa de la secuencia. e) Tiene un pulsador de reposición de secuencias a condiciones iniciales. f) Debe transcurrir un tiempo de 20 segundos, cuando el cilindro C, se ha extendido, para que el mismo se retracte. Notas:

Los cilindros se extienden rápidamente y se retractan lentamente. No se usan limitadores de carrera.

Orden a seguir en la proyección del circuito secuencial: 1) Condiciones iniciales El cilindro A se encuentra retractado, tenemos señal en Ao El cilindro B se encuentra extendido, tenemos señal en B1. El cilindro C se encuentra retractado, tenemos señal en Co. CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

80

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

Condiciones iniciales : Ao, B1 , Co CILINDRO A

Ao

CILINDRO B

2

1

A-

A+

T

T

A1

B0

CILINDRO C

4

3

B1

B-

B+

T

T

C0

C1

5

6

C-

C+

T

T

2) Con los requisitos para el sistema, se va cumpliendo a medida que se avanza con el proyecto. Así se tiene que, para cumplir con el requisito a y c , se necesita un selector automático - manual, cuando el sistema funciona en manual, la acción de cada cilindro es independiente. Esto se logra haciendo uso de interruptores selectores

OFF MANUAL

AUTO

AUTO

A-

A+

M A N U A L

MANUAL A EXTIENDE

MANUAL A RETRACTA B-

B+

MANUAL B EXTIENDE

MANUAL B RETRACTA C

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

81

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

Cuando el sistema está trabajando en automático, debe hacërselo en forma contínuada; lo que quiere decir: que la señal de salida del selector automático manual, por automático, debe alimentarse a un interruptor neumático, que hará la función de arranque. START

Como no se usa limitadores de carrera, que indiquen cuándo un cilindro se encuentra extendido o retractado, se emplea los elementos lógicos NOT, como se mostró en el diagrama de fuerza. Estos elementos lógicos NOT, están numerados del 1 al 6, representando los números impares en condiciones de cilindro retractado y los pares, el cilindro extendido

AUTO

Uno de los requisitos que se pide, es que los cilindros se extiendan rápidamente y su retracción sea lenta. Esto se logra insertando una restricción regulable conjuntamente con una válvula check.

T

T

3) Mapa de Karnaugh: Se tiene 3 variables, el número mínimo de cuadrículas es de 2 3, osea 8. Y3 C0

START

A0 B1

Y3 C1

A1

A+

A1

C1 A0

A0

C0 A1

A1

A0

B-

X3 C+

B0

B0

B+

A-

X1

C-

X3 B1

X1

El número de cuadrículas de un mapa es 2n, para este caso, n= 3, es decir, 8 cuadrículas. Pero esto rige cuando la secuencia es la más simple. Pero cuando en la secuencias se produce el cambio de estado de una variable, e inmediatamente, su cambio complementario, como es el caso del cilindro C, que se extiende y luego se retracta, tendrá que usarse una unidad de memoria ( un flip- flop), con lo cual el número de cuadrículas se duplica es decir 16. CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

82

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

Para el ejemplo dado, para una cara del flip - flop, X3 se tendrá los movimientos de A+, B - C+. Luego se hace el cambio del flip - flop para obtener salida por X3 , y en ese estado se complementa los movimientos de C-, A-, B+, y luego se cambia el flip - flop, para obtener salida por X 3. Cabe hacer mención , que cuando se representa una secuencia en un mapa de Karnaugh , no debe ocuparse una cuadricula dos veces, es decir que lleguen dos o más cabezas de vectores, salvo al caso de condición inicial de secuencia. La acción de temporizadores, generaciones de vacío, etc. ... , no se puede representar en un mapa. Se les debe tener presente en el momento de las ecuaciones lógicas 4.- ECUACIONES LÓGICAS.- Aquí se debe tener presente en que cara del flip flop se está trabajando, y cuál fue la última variable que cambió. Así: A+ = S . X B- = A1

C+= Bo. X X 1= C 1

3.

A- = Co . X 3. B+ = Ao

3.

C- = X3

X 1 = B1

Estas ecuaciones serían recomendables si el sistema tuviera que funcionar solamente en automático y sin paradas de secuencias, pero como se pide que tenga una parada de emergencia, se tendrá que empleará otra unidad de memoria; en este caso, un flip flop Y, que trabajará en la cara de Y 3; pero para la parada de secuencia, a cada ecuación lógica tendremos que aumentar la salida Y 3. Entonces, las ecuaciones lógicas quedarían como ecuaciones actualizadas: A+ = S . X 3 . Y 3 B- = A1. Y 3 C+ = Bo . X 3 . Y 3

X1 = C1 . Y 3 C- = X3 . Y 3 A- = Co . X 3 . Y

B+ = Ao . Y 3 X 1 = B1 . Y 3 3

Como señal piloto Y 1 , se tendrá las condiciones iniciales del circuito, es decir, Y

1

= Ao . B 1 .Co

Como señal para cambiar el flip - flop Y, de Y 3, a Y 3, se emplea un pulsador de parada de secuencias, es decir: Paro de secuencia Y1

Y1= Paro de secuencias Y3 Y1

Y3

flip - flop usado para paro de secuencia Y1

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

83

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

Como un requisito pide que debe existir un pulsador de reposición de secuencia en condiciones iniciales, esto se logra a través de un pulsador cuya alimentación provenga de la salida del flip - flop Y en su puerta Y3. Cabe mencionar que el pulsador de reposición de secuencia, en condiciones iniciales, no trabaja, a menos que el pulsador de parada de secuencia haya trabajado Y3

Finalmente, se cumple con el último requisito; que debe transcurrir un tiempo de 20 segundos entre la extensión y la retracción del cilindro C. Se aprovecha la salida del flip-flop X en su puerta X3,para poner como señal al temporizador, el que después de 20 segundos hace llegar la señal del elemento lógico AND para C. X3

1

3

2

C-

Y3

Ahora se escribe las ecuaciones finales para el sistema pedido: A+ BC+ X1 T1 CAB+ X1 Y1 Y1

= = = = = = = = = = =

S . X 1 . Y 3 + Manual de A+ A1 . Y 3 + Manual de BBo . X 3 . Y 3 + Manual de C+ C1 . Y 3 X3 T 1 . Y 3 + Reset + Manual de CCo . X 3 . Y 3 + Reset + Manual de AAo . Y 3 + Reset + Manual de B+ B1 . Y3 Paro de secuencia Ao . B1 . Co

5) DIAGRAMA DE CONTROL.- En este ejemplo se usa la forma de diagrama de control aparte:

X3 Y3

AND 1 1

2

s A1 Y3

A+ MANUAL A+

3

B+ MANUAL B-

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

84

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

AND 1 B 4

C+ MANUAL C+

X3 C1

X

5

AND

X3 6

C-

Y3 RESET

MANUAL C -

AND 6 7 C1 A-

RESET A0 Y3

MANUAL A-

8

B+

RESET

MANUAL B+ Y1

PARO DE SECUENCIA Y1

A0 B1

C0

X3 X1

Y1 X3

Y3 X1

Y1

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

Y3 Y1

85

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

PRECAUCIONES DE SEGURIDAD EN LA INICIALIZACIÓN DE LOS ELEMENTOS DE UN MANDO ELECTRONEUMÁTICO

- Elimine la humedad presente en forma de vapor de agua, de su red de aire comprimido por medios adecuados: post - enfriadores, secadores frigoríficos, filtros, etc. Su exceso deteriora el perfomance de la instalación causando corrosión y “lavando” los lubricantes. Antes de cada aplicación instale filtros apropiados para separar impurezas y condensados.

- Si bien los equipos tienen sus respectivos rangos de temperatura de trabajo, la vida óptima se produce a los + 25ºC. Cuando los equipos deban operarse por debajo de los +2ºC, recomendamos usar aire 100 % seco para evitar la formación de hielo que pueda interferir en la operación normal.

- Toda vez que sea posible, se recomienda aplicar al sistema progresivamente, tanto en la puesta al punto como en la operación normal de marcha. Para este propósito utilizar un regulador de presión de acción normal o una válvula de presurización progresiva.

- Asegurar que todas las conexiones estén mecánica y neumáticamente ajustados, ya que así evitará que las mangueras “perdidas” den latigazos dañando a las personas. - Todo sistema de mando electroneumático debe estar equipado con un interruptor de emergencia principal que permita desconectar todo el equipo durante los trabajos de limpieza, mantenimiento y reparación o durante periodos de inactividad prolongados. El interruptor en cuestión debe ser manual y deberá estar caracterizado con 1 y 0 para la conexión y desconexión respectivamente. Además deberá mantener su posición en cada caso. Así mismo, la posición de desconexión tiene que poderse bloquear de tal manera que no sea posible poner en marcha el equipo ni manualmente ni a distancia. En caso de haber varias tomas, los interruptores principales deberán bloquearse mutuamente para evitar cualquier peligro. - El elemento que activa el paro de emergencia deberá ser de color rojo vivo. La superficie debajo de dicho elemento deberá ser de color amarillo para que se produzca un contraste entre colores.

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

86

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

4 INSTALACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRONEUMATICOS SECUENCIALES TEMPORIZADOS

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

87

1.0 (A)

1.1. Y1

2.0 (B)

A

B

T

2.1. Y2

T

Y3

3.1. Y4

T

Y5

S

R

P

A

B

T

Y6

T S

R

P

P

A

0.1 YÆ

B

T

S

R

A

3.0 ( C)

T

T R

P

DIAGRAMA DE MOVIMIENTOS

1

2

3

4

5

6

7

8=1

1

1.0 (A) 0 1

2.0 (B) 0 1

3.0 (C) 0

T

Nº

ORDEN DE EJECUCION

01

Realizar esquema de mando electroneumático secuencial temporizado

02

Probar mando electroneumático secuencial temporizado de dos cilindros

03

Probar mando electroneumático secuencial temporizado de tres cilindros.

PZA. CANT.

MATERIALES / INSTRUMENTOS Cilindro de doble efecto Electroválvula 3/2, monoestable Electroválvulas 5/2, biestables Final de carrera Relés de contactos Temporizador ON-Delay Fuente de alimentación

DENOMINACION - NORMA / DIMENSIONES

INSTALACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRONEUMATICOS SECUENCIALES TEMPORIZADOS

PERÚ

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

MATERIAL H.T. 4 TIEMPO ESCALA:

OBSERVACIONES Ref. H.T. HOJA : 1/1 2002

88

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

OPERACIÓN - Realizar esquema de mando electroneumático secuencial temporizado. Se diseña un esquema de control de cilindros con regulación del tiempo de extensión de cada uno de ellos. PROCESO DE EJECUCIÓN

1.0 (A)

2.0 (B)

S1

1.1. Y1

A

S

R P

YÆ

S3

2.1. A Y2

T

0.1.

S2

B

T

3.0 ( C)

Y3

S4

3.1. A

B

T

Y4

T

S5

Y5

S

R

B

T

Y6

T S

R

P

S6

P

A T

T P

R

LEYENDA 1.0/2.0/3.0 1.1/ 2.1/3.1 0.1 S1/S2/S3/S4/S5/S6

: CILINDRO DOBLE EFECTO : Electroválvula 5/2, biestable : Electroválvula 3/2, monoestable : Final de carrera

OBSERVACIÓN - La electroválvula 3/2, normalmente cerrada, monoestable, se usa para bloquear o conducir el aire comprimido al sistema de trabajo de los tres cilindros.

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

H.O. 1 2

89

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

2. Realice esquema eléctrico - Mando electroneumático secuencial temporizado de dos cilindros

+ S

K2 K1

MARCHA

K1

I>

K2 S3

S2

K2

STOP

T

S1

S4

K3 EMERGENCIA Y RESET

K1

Y

K2

Y1

Y3

T

K3

Y2

Y4

0 1

2

3

4

NA NC 3 4 -

5

6

7

8

9

NA NC 5 10 6 -

10

11

NA NC 4

- Mando electroneumático secuencial temporizado de tres cilindros MARCHA

+ S

K1

K2

K1

I>

T S3

K2 K2 S2

S4

S5

S1

K3

S6

STOP

EMERGENCIA Y RESET

Y

K2

K1

Y1

Y5

Y3

K3

T

Y2

Y6

Y4

1

2

NA NC 3 4 -

3

4

5

6

7

8

NA NC 5 11 6 -

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

9

10

11

12

13

NA NC 4

H.O. 2 / 2

90

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

OPERACIÓN Probar mando electroneumático secuencial temporizado de dos cilindros Se realizarán pruebas de funcionamiento del sistema eléctrico y neumático: conexionado, fugas, aislamiento, regulación de tiempo, operatividad de elementos y secuencia indicada en el diagrama de movimientos. PROCESO DE EJECUCIÓN 1. 2. 3. 4. 5.

Regule presión de trabajo ( p = 6 bar) Verifique tensión en la fuente de alimentación (24 VDC) Regule el tiempo en el Temporizador. Accione interruptor SÆ Pulse “MARCHA” y verifique secuencia indicada en el diagrama de movimientos. -SECUENCIA - Se energiza el relé de contactos k1 y con uno de sus contactos auxiliares normalmente abierto energiza el relé de contactos K2. - Con uno de los contactos auxiliares, normalmente abierto, de K2 se energiza el solenoide Y1 y el vástago del cilindro 1.0 (A) retorna. - El vástago del cilindro 1.0 (A) acciona el final de carrera S1 y energiza el temporizador T. Transcurrido el tiempo regulado, energiza el solenoide Y3 y se extiende el vástago del cilindro 2.0 (B). - El vástago del cilindro 2.0 (B) acciona el final de carrera S4 y energiza el relé de contacto K3. Desenergiza el relé de contactos K2. - Energiza el solenoide Y2 y el vástago del cilindro 1.0 (A) se extiende. - El vástago del cilindro 1.0 (A) acciona el final de carrera S2 y energiza el solenoide Y4. El vástago del cilindro 2.0 (B) retorna, acciona el final de carrera S3. El ciclo se repite. DIAGRAMA DE MOVIMIENTOS

1

2

3

4

1

A

0 1

5

6=1

S2 S1 S4

B

S3

0 T

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

H.O. 1 / 1

91

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

OPERACIÓN Probar mando electroneumático secuencial temporizado de tres cilindros Se realizarán pruebas de funcionamiento del sistema eléctrico y neumático: conexionado, fugas, aislamiento, regulación de tiempo, operatividad de elementos y secuencia indicada en el diagrama de movimientos. PROCESO DE EJECUCIÓN 1. 2. 3. 4.

Regule presión de trabajo ( p = 6 bar) Verifique tensión en la fuente de alimentación (24 VDC) Regular el tiempo en el Temporizador. Accione interruptor SÆ - El circuito eléctrico de mando queda alimentado con tensión de 24 VDC, se energiza el solenoide YÆ 5. Pulse “MARCHA” y verifique secuencia indicada en el diagrama de movimientos. SECUENCIA - Se energiza el relé de contactos K1 y el relé de contactos K2. - A través de uno de los contactos, normalmente abierto, de K2 se energiza el solenoide Y1 y el vástago del cilindro 1.0 (A) retorna. - El vástago del cilindro 1.0 (A) acciona el final de carrera S1 y energiza el solenoide Y5. E vástago del cilindro 3.0 ( C) retorna. - El vástago del cilindro 3.0 ( C) acciona el final de carrera S5 y energiza el solenoide Y3. El vástago del cilindro 2.0 se extiende. - El Vástago del cilindro 2.0 (B) acciona el final de carrera S4 y energiza el Temporizador T. Transcurrido el tiempo regulado energiza el relé de contactos K3. Desenergiza los solenoides Y1, Y3 y Y5. - El vástago del cilindro 1.0 (A) se extiende. Acciona el final de carrera S2 y energiza el solenoide Y6. El vástago del cilindro 3.0 ( C) se extiende. - El vástago del cilindro 3.0 (C) acciona el final de carrera S6 y energiza se solenoide Y4. El vástago del cilindro 2.0 (B) retorna, acciona el final de carrera S3 y se repite el ciclo. DIAGRAMA DE MOVIMIENTOS 1

2

3

4

5

1 0 1

6

7

8=1

S2 A

S1 S4

B

S3

0 1

C 0

S6 S5 T

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

92

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

CIRCUITOS ELECTRONEUMATICOS SECUENCIALES TEMPORIZADOS En los sistemas de mando automático es muy necesario el uso del factor tiempo, según el caso. No todas las señales tendrán la misma duración; entonces se deberá disponer de los elementos que permitan controlar o regular las señales neumáticas. Ejemplo: Dispositivo de Montaje de Rodamientos y engrase. Se deben montar rodamientos en una bandeja de montaje, y engrasarlos. Después del montaje de los piezas individuales, se sujetan los rodamientos mediante un cilindro neumáticos 1.0 (A); y el cilindro 2.0 (B) acciona la prensa de engrasar para llenar los rodamientos. El número de carreras de la prensa es ajustable, ya que en esta bancada se montan rodamientos de diferente tamaño. Plano de Situación

Cilindro de sujeción 2.0 (B)

Cilindro de sujeción 1.0 (A)

Rodamiento

Prensa de engrase

DIAGRAMA DE MOVIMIENTOS

1

2

3

4

5

6

7

8

9 =1

1

Cilindro 1:0 (A)

0 1

Cilindro 2:0 (B) 0 T

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

93

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

RELÉ TEMPORIZADOR Con un relé temporizado puede retardarse la conexión o desconexión de la bobina del mismo. El retardo de tiempo, que puede ser calibrado fijo o variable a ajustar, se consigue con componentes electrónicos incorporados al relé. Según su construcción, un relé temporizado puede tener una conexión adicional con la cual comanda el retardo. 1. Relé temporizado de cierre retardado Luego de conectar la corriente de excitación, transcurre un tiempo DT hasta que se activa la bobina del relé y se cierra o abren los respectivos contactos. DIAGRAMA DISCRETO 1 Señal de entrada 0 1 Señal de salida

0

t TEMPORIZADOR NEUMATICO Señal de salida

Señal de entrada

T T

TEMPORIZADOR ELECTRICO

Señal de entrada

Relé con retardo de conexión

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

Señal de salida

94

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

2.

Relé Temporizador de apertura retardada.

Al conectar la corriente de excitación, los contactos cambian de posición. Lugo de desconectar la corriente de excitación trascurre en Tiempo DT hasta que los contactos que los contactos retoman su posición inicial.

DIAGRAMA DISCRETO 1 Señal de entrada 0 1 Señal de salida

0

t

TEMPORIZADOR NEUMATICO Señal de salida

Señal de entrada

T T

TEMPORIZADOR ELECTRICO

Señal de entrada

Relé con retardo de conexión

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

Señal de salida

95

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

DISEÑO DE UN CIRCUITO ELECTRONEUMÁTICO SECUENCIAL TEMPORIZADO Un esquema de distribución puede confeccionarse de dos maneras: 1. 2.

Método Intuitivo. Método Sistemático.

En ambos casos se sobrentiende que tiene que existir un problema de mando que se quiera solucionar mediante un esquema. Cuando se opta por el primero de los métodos, se recurre exclusivamente a la intuición y experiencia si el mando es más complejo, se requiere de cierta experiencia y de mucho tiempo. Cuando se aplica el segundo método que se rige por reglas definidas, tiene que proceder de forma sistematizada, lo que presupone el conocimiento de reglas. En todo caso, cualquiera de los dos métodos debería desembocar en un mundo de funcionamiento seguro. Ejemplo: Rampa Separadora Plano de Situación

A B

DIAGRAMA DE MOVIMIENTOS

1

2

3

4

5=1

T 1 = 1 seg

1 0 1

T 2 = 2 seg

A B

0

T1

T2

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

96

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

ESQUEMA NEUMATICO

1.0 (A)

2.0 (B)

S1

1.1. Y1

S2

2.1.

B

A T

Y2

T

R

T

T

R

S P

0.1

B

A

S P

ESQUEMA ELECTRICO

+ S

K1

I>

K1

STAR

S1

T1

K2

K3

K3

STOP T2

K2

K1

S2

K3

T1

Y1

T2

Y2

1

NA NC 2 3 -

2

3

NA NC 7 -

4

5

6

7

8

NA NC 5 6 T1 = 1 seg (TIPO ON DELAY) T2 = 2 seg (TIPO ON DELAY)

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

97

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

PRECAUCIONES CON LA ELECCION DEL TIPO DE TENSION PARA EL TEMPORIZADOR. -

En sistemas de mando electroneumático es preferible utilizar un bajo voltaje de protección. Se utiliza generalmente una tensión de 24 VDC.

-

Se recomienda que todos los elementos del sistema del mando electroneumático (Temporizadores, relés de contacto, solenoides, lámparas de señalización, etc), se seleccionen para que trabajen con el mismo nivel de tensión.

-

La tensión de trabajo, así como la capacidad de carga de los contactos del Temporizador se indican en su placa de características. En el caso de trabajar con tensión continúa, el potencial de OV de la tensión de alimentación se conecta a tierra, luego a través de un pulsador, contacto de fin de carrera o contacto de relé se conecta al conductor de polaridad positiva. Se debe proceder de este modo por razones de seguridad.

-

Teóricamente también es posible conectar el Temporizador al conductor de polaridad positiva:

+ 24 v

A1 T

17 T

A2 En caso de falla conmuta T

18

3 S1 4 Y1 OV

Existiría sin embargo el peligro de que debido a un defecto de aislación o por alguna otra causa el borne negativo del Temporizador se conecte a tierra en forma no deseada (falla de conmutación). -

Para una mayor duración de los componentes del Temporizador, debe conectarse en paralelo a ellos un varistor.

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

98

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

5 INSTALACIÓN DEL CIRCUITO ELECTRONEUMATICO DE UN TALADRO

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

99

TALADRO NEUMÁTICO

1

2

LEYENDA

Nº

1

: TALADRO NEUMÁTICO

2

: CILINDRO DE DOBLE EFECTO

ORDEN DE EJECUCION

01

Hacer esquema de mando electroneumático de un taladro

02

Probar motor neumático de taladro

03

Probar circuito electroneumático de un taladro

PZA. CANT.

MATERIALES / INSTRUMENTOS

Taladro neumático Cilindro de doble efecto Electroválvula 4/2, monoestable Electroválvula 3/2, monoestable Presostato Válvula reguladora de presión Válvula de estrangulación Válvula de estrangulación unidireccional

DENOMINACION - NORMA / DIMENSIONES

INSTALACIÓN DEL CIRCUITO ELECTRONEUMATICO DE UN TALADRO

PERÚ

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

MATERIAL H.T.

5

TIEMPO ESCALA:

OBSERVACIONES Ref. H.T. HOJA : 1/1 2002

100

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

OPERACION Realizar esquema de mando electroneumático de un taladro Se realizará el esquema neumático y eléctrico, para el control y regulación del cilindro y motor neumático. Proceso de Ejecución 1.

Realice esquema neumático. 1

PM PRESOSTATO D1

D2 Y1

Y2

T T

P1

P2

A

El esquema básicamente de: B

-

0.1

-

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

consta

01 Unidad de mantenimiento. 02 Válvulas reguladoras de presión, para regular la presión de servicio del motor neumático y el cilindro. 01 Electroválvula 3/2, monoestable. 01 Electroválvula 4/2, monoestable. 0 1 V á l v u l a d e estrangulación. 01 Válvula de estrangulación unidireccional. 01 Presostato. 01 Cilindro de doble efecto. 01 Motor neumático.

H.O. 1 / 2

101

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

2. Realice esquema eléctrico

+

S I>

PARO

PM

MARCHA MOTOR

K1 K1

AC

K1

Y1

Y2

0 1

2

3

4

NA NC 2 4 -

OBSERVACIONES !

Los motores de aire comprimido generan un movimiento de rotación que puede transmitirse desde un eje giratorio.

!

Para el diseño del circuito se ha considerado que el motor neumático gire al activar el pulsador de marcha y cuando el presostato alcanza la presión prefijada, es posible que el vástago del cilindro se extienda al pulsar ‘AC’

!

También es posible regular la presión de trabajo del cilindro y del motor neumático, usando las válvulas de regulación de presión.

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

H.O. 2 / 2

102

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

OPERACIÓN Probar motor neumático de Taladro En el motor de aire comprimido se transforma energía neumática en trabajo mecánico, al igual que en el cilindro de aire comprimido. Se probara el motor neumático conectando aire comprimido y verificando rotación, estanqueidad y condiciones nominales de operatividad. PROCESO DE EJECUCIÓN 1.Conecte aire comprimido y realice pruebas de operatividad. 1 2

3

1 2 3

: Paredes del motor : Rotor excéntrico : Paletas deslizantes

Símbolo

PRECAUCIÓN - Debe proceder con sumo cuidado al desconectar y volver a conectar las tuberías que conducen aire a presión . La energía de la presión contenida en los tubos flexibles y rígidos es liberada velozmente. La presión es tan grade que ,las tuberías se mueven incontroladamente , poniendo en peligro a los operadores. CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

H.O. 1 / 1

103

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

OPERACIÓN Probar circuito electroneumático de un taladro. En esta operación se verificará operatividad de los elementos neumáticos y eléctricos, montaje, conexionado y regulación de la presión, ajuste de velocidad de actuadores y pruebas de funcionamiento. PROCESO DE EJECUCIÓN 1.

Verifique elementos neumáticos y eléctricos.

2.

Realice el montaje y conexionado de los elementos neumáticos y eléctricos.

3.

Regule presión de trabajo de los actuadores (con válvulas reguladoras A y B).

4.

Ajuste la velocidad de los actuadores.

5.

Verifique tensión en la fuente de alimentación (24 DVC).

6.

Accione ‘S Ø’

7.

24.00

Pulse 'Marcha': energiza el relé de contratos K1 y el solenoide Y1 del distribuidor D1. El motor gira. Al alcanzar la presión PM, los contactos del presostato cambian de posición. Es en esta circunstancia cuando puede realizarse el avance del cilindro.

8.

Pulse “AC” de forma continua, se energiza el solenoide Y2 del distribuidor D2. el vástago del cilindro se extiende. Si faltara presión al motor, el presostato PM abrirá su contacto y en consecuencia, aunque se estuviera pulsando “AC”, el vástago del cilindro retorna. En funcionamiento normal, si se deja de pulsar “AC” el vástago del cilindro retorna.

OBSERVACIÓN !

La regulación del número de revoluciones es muy fácil de realizar mediante una válvula estranguladora, siendo también posible el montaje de reguladores automáticos por fuerza centrifuga.

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

H.O. 1 / 1

104

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

CIRCUITO ELECTRONEUMATICO DE UN TALADRO El taladrado de papel, cartón, madéra, plástico y metal es una de las primeras aplicaciones de la neumática en la mecanización con arranque de viruta. La base de la automatización de una taladradora, es la unidad lineal neumática o el cilindro rotativo neumático. Dependiendo de la velocidad de avance más lenta que se necesita para taladrar, puede utilizarse un avance puramente neumático o un avance eleoneumático. Esto dependerá principalmente del material a taladrar. Para madera blanda y algunos tipos de plástico se desea una gran velocidad de avance y no es absolutamente necesario que el mismo sea constante regular. Sin embargo para taladrar metales se necesita regularidad en el mecanizado y, por lo tanto, velocidad de avance ajustable. Ejemplo: Máquina perforada

Plano de situación

Plano secuencial

1

B

a+ a1

2

A

b+

d+

b1 b-

3 bo

C

a-

4

d-

ao c+

5 c1

A/B/C D

: Cilindros de doble efecto : Taladro neumático

6

cco

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

105

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

UNIDAD TALADRADORA DE AVANCE Las unidades taladradoras por un sistema de módulos; por ejemplo, una taladradora eléctrica o neumática combinada con una unidad de avance neumática o neumático hidráulico, o bien todos los elementos individuales son componentes constructivos de una unidad. Constitución: La carcasa principal (1) contienen el motor de láminas de aire comprimido (2) con movimientos axial y la carcasa del motor con dentado longitudinales para la salida del aire. En la carcasa del motor, además del motor de aire comprimido figuran el engranaje planetario de una o varias etapas y el eje motriz. En el grupo de avance, con el émbolo de marcha adelante (4) y el de retroceso (5), están separadas las cámaras de los cilindros para los dos émbolos (marcha adelante y retroceso) por la pared intermedia (7). El tornillo de parada (9) que sobresale del grupo de avance está unido directamente con el émbolo de retroceso. Sobre el tornillo de parada hay dos tuercas (10), y por último la palanca de inversión situada entre las dos tuercas para el ajuste de la profundidad de taladro y para el cambio de la marcha. Sobre el tornillo de parada hay también un casquillo (12) con un tornillo regulable (13) para la limitación del retroceso y ajuste de la longitud del taladro Función de avance: La unidad taladradora de avance de aire comprimido es accionada con aire comprimido preparado bien a través de un bloque distribuidor de aire (16) o bien a través de racores de admisión de aire por una válvula anexa de 4 vías. El aire comprimido que se hace pasar por la unidad empuja hacia adelante al émbolo de avance y la carcasa del motor. Una parte del aire comprimido es derivado a través de orificios en el pistón de avance para hacer girar el motor. El aire sin presión (a la presión normal) afluye refrigerando la broca a través del escape de la cápsula del motor. El pistón de retroceso expulsa durante el avance el aire de la cámara inferior del cilindro sobre la válvula antirretorno con estrangulamiento (19) montada en el bloque distribuidor de aire. La velocidad de avance se regula de modo continuo ajustando el estrangulamiento mediante el tornillo de regulación de avance (20).

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

106

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

13

R

P

FIGURA Sección de una Unidad taladradora neumática, en las funciones de avance y retroceso. a) b) c) D)

Protección Casquillo - guía de las brocas Cabezal Mandril portabrocas.

P

R

12

10 9

11 21 22

20 19

16

5 7 4

Las explicaciones de los números figuran en el texto.

1 2 17 3 ‘d

‘c Q

13

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

107

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

Ajuste de la profundidad del Taladro: La profundidad de taladro puede ajustarse mediante la palanca de inversión (21) resultando de este modo muchas posibilidades para la profundidad del taladro que en cada caso está limitada por la presencia de la palanca de inversión, que avanza solidaria sobre la válvula de inversión fijada. Cuando se exige una profundidad del taladro con precisión micrométrica, deben escogerse unidades con bloque distribuidor en las que la tuerca graduada inferior corra sobre el tope en la tapa de cierre (22) de la carcasa principal y de este modo limite con precisión el avance. Margen de potencias de las unidades taladradoras neumáticas más usuales con avance puramente oleoneumático Potencia del Motor Número de revoluciones en vacío según el engranaje escogido. Potencia del taladro en St 37 (diámetro del taladro ) en función del número de revoluciones en vacío Longitud de avance Consumo de aire.

0,3 - 1,5 CV 15000 - 300 rev/mm.

1,5 - 25 mm. 30 - 150 mm. 3 0,4 - 1,3 N m /min

PRECAUCIONES EN LA OPERACIÓN DE UN TALADRO En el caso de que se exija una seguridad especial durante el proceso de taladrado puede realizarse un control de la broca, por ejemplo mediante barreras de aire. En instalaciones automáticas será en muchos casos imprescindibles el control de la pieza mecanizada, debido al material a taladrar o al empleo de brocas que se rompen fácilmente a causa de la relación de la longitud y el diámetro. La utilización de barreras

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

108

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

6 INSTALACIÓN DEL CIRCUITO ELECTRONEUMATICO DE SELECTOR DE MATERIALES

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

109

SELECTOR DE MATERIALES

II X

S1

S2 Y

I

A

LEYENDA A S1/S2 X/Y

Nº

: Cilindro de doble efecto : Finales de carrera : Cajas de diferente ancho

ORDEN DE EJECUCION

01 Hacer esquema de mando electroneumático de selector de materiales 02 Probar final de carrera tipo palpador 03 Probar circuito electroneumático de selector de materiales

PZA. CANT.

MATERIALES / INSTRUMENTOS Cilindro de doble efecto Electroválvula 5/2, biestable Panel de montaje Relé de contactos. Final de carrera Interruptor selector Interruptor de emergencia Pulsadores

DENOMINACION - NORMA / DIMENSIONES

INSTALACIÓN DE CIRCUITO ELECTRONEUMATICO DE SELECTOR DE MATERIALES

PERÚ

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

MATERIAL H.T.

6

TIEMPO ESCALA:

OBSERVACIONES Ref. H.T. HOJA : 1/1 2002

110

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

OPERACIÓN Realizar esquema de mando electroneumático de selector de materiales Piezas de diferente anchura llegan sobre una cinta transportadora y son detectados a través de dos trasmisores de señales y clasificadas a través de un distribuidor mediante un cilindro neumático. La distancia de transporte de las piezas es tal, que no pueden presentarse interferencias. PROCESO DE EJECUCIÓN 1.

Realice esquema neumático.

1.0 (A)

1.1. Y1

B

A T

R 0.1

Y2

T

S P

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

H.O. 1 / 2

111

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

2. Realice esquema eléctrico + K1

S I>

K2

MARCHA

S2

K3

S1

K5

K4

K4 K3

STOP

K3 K4

K5

EMERGENCIA Y RESET

K1

K3

K2

K4

Y1

K5

Y2

1

2

3

NA NC NA NC NA NC 2 - 3 4 6 - - - 5 -

4

5

6

7

8

NA NC NA NC 7 3 8 5 - 6 - -

OBSERVACIONES !

Al accionar STOP, el cilindro retorna a su posición original.

!

El final de carrera S1 detecta las cajas de ancho menor.

!

El final de carrera S2 detecta las cajas de ancho mayor.

!

Al accionar Y1, se extiende el vástago del cilindro y las cajas se posicionan en el conductor II.

!

Al accionar Y2, el vástago del cilindro retorna y las cajas se posicionan en el conductor I.

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

H.O. 2 / 2

112

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

OPERACIÓN Probar final de carrera tipo palpador. Se verificará los finales de carrera y se realizará pruebas de continuidad y aislamiento PROCESO DE EJECUCIÓN 1.

Verifique finales de carrera -

2.

Elemento de accionamiento. Contactos. Carcasa.

1

Realice pruebas de funcionamiento -

4

2

Accione manualmente el fin de carrera y pruebe continuidad de contactos: 1- 4, 1-2

20

40

60

0

COM

1

-

4

2

Use el megohmetro y realice prueba de aislamiento entre los contactos y carcasa.

PRECAUCIÓN - Las pruebas de continuidad y resistencia de aislamiento se realizan sin tensión.

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

H.O. 1 / 1

113

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

OPERACIÓN Probar circuito electroneumático de selector de materiales. En esta operación se realizará el montaje e instalación de los elementos neumáticos y eléctricos, pruebas de operatividad y secuencia de trabajo. PROCESO DE EJECUCIÓN 1.

Realice el montaje y conexionado de los elementos neumáticos.

2.

Realice el montaje y conexionado de los elementos eléctricos.

10 5 100

3.

Regule presión de trabajo (p = 6 bar)

150

50 200

‘Psi 230

15

2

4.

Verifique tensión en la fuente de alimentación (24 VDC)

5.

Accione SØ

6.

Pulse 'Marcha' y verifique secuencia de trabajo.

Kp/cm 0

16

SECUENCIA -

Por la cinta transportadora llegan cajas de anchura “X” e “Y”

-

Las cajas son detectadas por dos finales de carrera (S1 y S2).

-

A las cajas de anch. “X” les corresponde el transportador II y a los de anch. “Y” el trasportador I.

Caja

S1

S2

CILINDRO

X

0 0 1

0 1 1

RETRAIDO RETRAIDO EXTENDIDO

Ecuación :

X = S1 Y = S2

Ë

TRANSPORTADOR DE SALIDA I I II

S2

PRECAUCIONES -

El Ciclo operativo no debería iniciarse si antes no se cumplen todas las exigencias de seguridad.

-

Los interruptores de final de la carrera tienen que estar protegidos contra contactos involuntarios.

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

H.O. 1 / 1

114

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

CIRCUITO ELECTRONEUMATICO DE UN SELECTOR DE MATERIALES. Estación verificadora para frascos. En una estación de control ha de quedar comprobado que los frascos vayan provistos de tapa. Cuando llega un frasco sin tapa, entonces el frasco ha de quedar apartado mediante un cilindro neumático. La tapa y el frasco son detectados por medio de detectores de proximidad. Plano de Situación

Detector de proximidad “a”

Detector de proximidad “b” Cilindro expulsor

Las condiciones contenidas en el planteamiento del problema se pueden disponer en forma de tabla. El órgano de señal 'a' (detector de proximidad) comprueba la tapa, el órgano de señal 'b' (detector de proximidad) el frasco. Tapa

Frasco

a

b

Cilindro

No Existente Existente No Existente Existente

No Existente Existente Existente No Existente

0 1 0 1

0 1 1 0

Retraído Retraído Extendido Prácticamente imposible

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

115

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

En forma simplificada puede representarse esta tabla como una llamada tabla de valores. En esta tabla de valores están representadas las 4 combinaciones posibles de dos señales binarias de entrada y la señal de salida. a

b

y

1.

0

0

0

2.

1

1

0

3.

0

1

1

4.

1

0

0

Para el circuito significa que el cilindro debe salir cuando la señal 'a' tiene el valor 0 y la señal 'b' el valor 1 (ver líneas). Está condición se puede representar también como ecuación booleana. Ecuación : Y =â Ë b Para la realización técnica de esta ecuación es necesario que la señal de salida del detector de proximidad 'a' este disponible como señal 'â'. Esto se logra mediante una función NO.

CILINDRO EXPULSOR 1.0.

1.1.

A

B

Y P

R

0.1.

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

116

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

CONTACTO DE FIN DE CARRERA El contacto de fin de carrera pertenece al grupo de los denominados contactos de órdenes. Otro representante de este grupo es el pulsador. Por contacto de órdenes se extiende en general contactos que conmutan circuitos de mando y circuitos de auxiliares. Mientras que el pulsador es accionado manualmente por el usuario., los contactos mecánicos de fin de carrera son accionados, por ejemplo, por una palanca articulada de un cilindro. Junto a estos contactos mecánicos de fin de carrera que conmutan por un contacto físico directo, existen los denominados fines de carrera sin contacto físico. Estos últimos se denominan también contactos de proximidad. Según el tipo constructivo se les domina inductivos, capacitivos y ópticos (barreras luminosas). Los contactos de fin de carrera se dividen en dos grupos:

El Fin de Carrera conmuta

Sin contacto físico, con ayuda de Campos Físicos - Interruptor magnético - Interruptor inductivo - Interruptor capacitivo

debido a contacto físico, con ayuda de Ondas visibles e invisibles barrera unidireccional barrera reflectante barrera autoreflectante

Fuerzas mecánicas Prosostato Fin de Carrera. Contacto a Flotante

En la figura se agrupan los contactos de fin de carrera según el tipo de excitación del lado del sensor. Se pueden clasificar según el contacto de salida y si son accionados con o sin contacto físico: 1.

Contactos de fin de carrera accionados en forma mecánica, con contacto físico.

2.

Interruptor de proximidad con contacto de salida libre de potencial.

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

117

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

DETECTOR DE PROXIMIDAD INDUCTIVO El detector inductivo de proximidad es un elemento para la introducción eléctrica de señales sin contacto. Consiste en un circuito oscilante (1), un escalón de relajación (2) y un amplificador (3). Una vez aplicada la tensión, el circuito oscilante genera un campo alterno de alta frecuencia en la cara frontal del interruptor inductivo de proximidad. Al interponerse un cuerpo metálico en el campo magnético alterno, queda atenuado el circuito oscilante. El escalón de relajación postconectado analiza la señal de circuito oscilante y gobierna a través del amplificador la salida del mando (4).

OBJETO

SENSOR

ETAPAS DEL SENSOR

1: Circuito oscilante 2: Escalón de relajación 3: Amplificador 4: Carga 1

2

3

4

SIMBOLO 3 hilos, contacto N.A., Tipo PNP

3 hilos, contacto N.A., Tipo NPN

SENSOR

SENSOR MARRON + NEGRO - AZUL

MARRON + NEGRO CARGA

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

CARGA

- AZUL

118

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

Los detectores de proximidad sin contacto son usados preferentemente en los siguientes casos: -

Si no se disponen de fuerzas para el accionamiento.

-

Si es necesario contar con una vida útil larga.

-

Si en el sistema se producen fuertes vibraciones.

-

Si las condiciones del medio ambiente son difíciles.

-

Si son necesarios altas frecuencias de conmutación. No obstante, deberá tomarse en cuenta lo siguiente:

-

Los detectores de proximidad tienen que ser alimentados con corriente eléctrica (para lo que suele recurrirse al circuito de corriente de mando) .

-

La distancia de conmutación (es decir, la distancia de respuesta del detector) depende del material del objeto que se “aproxima” al detector.

-

El detector de proximidad inductivo solo reacciona frente a materiales metálicos.

-

Los detectores varían según se trate de circuitos de corriente continua o alterna.

-

La humedad y la temperatura ambiente suelen influir ligeramente en la distancia de respuesta. Los detectores inductivos son menos sensibles a estos factores.

-

Dado que los detectores pueden provocar interferencias reciprocas, es necesario acatar una distancia mínima entre ellos.

-

Deberán acatarse también determinadas prescripciones para el montaje, difundidos por los fabricantes. Estas prescripciones son importantes especialmente en aquellos casos en que los detectores son montados a ras o empotrados.

Campo magnético de un transmisor inductivo CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

119

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

DETECTOR DE PROXIMIDAD CAPACITIVO El detector capacitivo de proximidad es un elemento para la introducción eléctrica de señales sin contacto. Consiste en un circuito oscilante (1), un escalón de relajación (2) y un amplificador (3). Una vez aplicada la tensión se forma un campo eléctrico en la cara frontal del interruptor capacitivo de proximidad. Al interponerse un cuerpo metálico o no metálico en el campo eléctrico queda excitado el circuito oscilante. El escalón de relajación postconectado analiza la señal del circuito oscilante y gobierna a través del amplificador la salida de

OBJETO

SENSOR

ETAPAS DEL SENSOR

1 : Circuito oscilante 2 : Escalón de relajación 3 : Amplificador 4 : Carga 1

2

3

4

SIMBOLO 3 hilos, conector N.A., Tipo PNP

3 hilos, conector N.A., Tipo NPN

SENSOR

SENSOR + MARRON

-

+ MARRON

NEGRO

NEGRO CARGA

AZUL

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

CARGA

AZUL

120

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

Al igual que los iniciadores inductivos, los detectores de proximidad capacitivos también funcionan con un oscilador. No obstante tratándose de sensores capacitivos normales, el oscilador no está activo constantemente. Si se acerca un objeto metálico o no metálico a la superficie activa del sensor, aumenta la capacidad eléctrica entre la conexión con tierra y dicha superficie activa. Cuando se rebosa determinado valor, entonces empieza a excitarse el oscilador, el cual suele tener una sensibilidad regular. Las oscilaciones son evaluadas por un amplificador, los pasos consecuentes son iguales a los sensores inductivos. En consecuencia, las salidas funcionan con interruptores normalmente abiertos, normalmente cerrados o una combinación de dos según la versión. Para que responda el iniciador, basta con acercar el medio que deberá ser detectado a la superficie activa del sensor. No es necesario que se produzca un contacto directo. El medio en cuestión deberá alcanzarse tanto más, cuanto menor sea su constante dieléctrica. Los medios que dispongan de una constante dieléctrica grande (agua, cemento) pueden ser detectados a través de capas delgadas (por ejemplo, a través de revestimientos aislantes de los sensores). Los metales tienen las mismas caracteristicas que los medios con constante dieléctricas elevadas. Deberá tenerse cuidado en que, por razones climáticas, no se forme una película de humedad sobre el iniciador, ya que está provocaría su reacción. Si es inevitable recurrir a sensores capacitivos a pesar de que existe el problema de humedad, es necesario evitar dicho depósito de humedad sobre la superficie activa del sensor mediante calefacción, irradiación de calor o ventilación con aire caliente.

Superficie activa del sensor

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

121

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

DETECTOR DE PROXIMIDAD ÓPTICO Consiste en un diodo luminoso y un fotoelemento (1), un escalón de sincronización (2)y un amplificador (3). Con tensión eléctrica de alimentación el diodo (1) genera un rayo de luz de longitud de onda invisible que sale de la cara frontal. Cundo se interpone un cuerpo en el rayo de luz, los impulsos de luz quedan reflejados y recibidos por el fotoelemento. El escalón de sincronización (2) analiza la señal recibida y lanza a la salida de mando (4) a través del amplificador(3).

OBJETO

SENSOR

ETAPAS DEL SENSOR

t 1

2

3

4

1 : Diodo luminoso y fotoelemento 2 : Escalón de sincronización 3 : Amplificador 4 : Carga

SIMBOLO 3 hilos, contacto N.A., Tipo PNP

3 hilos, contacto N.A., Tipo NPN

SENSOR

SENSOR + MARRON

-

+ MARRON

NEGRO AZUL

NEGRO CARGA

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

CARGA

- AZUL

122

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

El iniciador opto - electrónico reacciona sin contacto directo frente a todo tipo de materiales, como por ejemplo vidrio, madera, plástico, láminas, cerámica, papel, líquidos y metales. El detector de proximidad óptico emite una luz cuya reflexión varía en función de material. De este modo es factible seleccionar materiales que producen reflexiones diferentes. Este tipo de detectores funciona sin problemas a través de cristales o líquidos y, al igual que todos los detectores de proximidad, es insensible a las vibraciones, estanco al agua y no se desgasta. Otras posibles aplicaciones son la detección de piezas muy pequeñas, medición de niveles de llenado, detección en zonas expuestas al peligro de explosión, etc. Los módulos semiconductores son “opto - electrónicos” si emiten señales luminosas (mediante diodos luminosos, por ejemplo), si reciben señales luminosas (por ejemplo fotodiodos o fototransistores) o si transforman señales luminosas en señales eléctricas (por ejemplo fotocélulas o fotoelementos). a). Barreras de luz con emisor y receptor separados

b). Barreras de reflexión, compuestas de emisor y receptor incorporados de una sola caja, y de un reflector.

c). Detectores de luz de reflexión; al igual que las anteriores, están compuestas de emisor y receptor incorporados en una sola caja, aunque funcionan con distancias más cortas que las barreras con reflector, ya que utilizan como “reflector” al objeto que detectan.

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

123

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

CONVERTIDOS DE SEÑALES NEUMÁTICO-ELÉCTRICO (PRESOSTATO) Este interruptor regulable neumáticamente (por presión) tiene la función de convertir señales neumáticos en señal eléctricas. Si la entrada X recibe un señal, la membrana actúa sobre el empujador. No obstante solo ello ocurre si la presión en la entrada X es mayor a la fuerza que se haya ajustado en el muelle. Dicho ajuste se efectúa mediante un tornillo. Si la presión es mayor que la fuerza del muelle, el accionamiento actúa sobre el interruptor conmutador. La señal eléctrica de salida se mantiene mientras que la señal de entrada en X tenga la presión necesaria. Todos los convertidores de señal funcionan con las tensiones usuales de corriente continua o alterna. La bobina o el microinterruptor tiene que incorporarse según la aplicación concreta del convertidor.

2

4

X 1 TORNILLO

MUELLE MEMBRANA

‘a) Inactivo

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

‘b) Activo

124

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

PRECAUCIONES EN LA OPERACION DE LOS FINES DE CARRERA

-

Son unidades de fácil acceso y deben estar ubicados en lugares secos y limpios, protegidos contra humedad, polvo, aceite, medios refrigerantes y daños térmico y mecánicos.

-

Los interruptores de final carrera y los limitadores de carrera no deberán dañarse en caso de ser rebasados a causa de un fallo. Precisamente es este un aspecto que con frecuencia no es tomado encuentra por el fabricante de la maquinaria (especialmente en aquellos casos en los que no se realiza una homologación del tipo de Maquina)

-

Los interruptores de final de carrera tienen que estar protegidas contra contactos involuntarios. En consecuencia, siempre se les ubicará de tal manera que no permiten una acumulación de suciedad y virutas que podrían interferir en las secuencias del mando.

-

Los elementos de mando de los finales de carrera deberían ser preferentemente de ruptura brusca. Los fines de carrera han de componerse o de un interruptor conmutador (normalmente abierto o cerrado) o bien de un interruptor individual normalmente abierto y un interruptor individual normalmente cerrado. Si fuesen necesarios otros interruptores adicionales, es factible recurrir a contactores electromagnéticos auxiliares o a relés.

-

Los interruptores múltiples tienden a fallar después de mucho uso, dependiendo del esfuerzo eléctrico y mecánico al que hayan sido sometidos. Este es un factor que el instalador debería tomar en cuenta al elegir entre los diversos mandos que le son ofrecidos en el mercado. Un mando con interruptores múltiples suele ser menos costoso, aunque también es menos fiable que en mando con relés. Además, un sistema con interruptores múltiples ofrece mas problemas durante los trabajos de mantenimiento.

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

125

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

TAREAS DE REFORZAMIENTO (FEEDBACK)

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

126

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

TAREA 1: DISPOSITIVOS DE ESTAMPADO Descripción Al dar la orden de marcha, el cilindro 1.0 (A) se extiende y realiza el prensado de la pieza. Al alcanzar la presión de estampado, establecida en el presostato, el cilindro retorna.

Plano de situación

Diagrama de movimientos 1

2

1

3

4 B1

1.0 (A) 0

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

127

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

ESQUEMA NEUMÁTICO 1.0 (A)

PRESOSTATO

B1 1.1 P

400Kpa (4 bar)

Y1

B

A

T

Y2

T

R

S P

0.1

P = 400... 600 Kpa (4... 6 bar)

ESQUEMA ELECTRICO

+ S I>

0

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

128

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

TAREA 2:

DISPOSITIVO PARA EMBUTIR (MANDO CON DOBLE MOVIMIENTO)

Descripción En un montaje debe ensamblarse una pieza en el interior de otra, y luego introducir un pasador a través de ambas. El cilindro A introduce lentamente la pieza, luego retrocede y da un pequeño golpe, a velocidad mayor, para acabar de colocar en su asiento, sujetando a las dos, para que el cilindro B introduzca el pasador.

PLANO DE SITUACIÓN

CILINDRO A

CILINDRO B

DIAGRAMA DE MOVIMIENTOS 1

2

3

4

5

6

7=1

1 1.0 (A) 0 1 2.0 (B) 0 CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

129

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

ESQUEMA DE NEUMATICO 1.0 (A)

1.1. Y1

B2

B3

B

A T

Y2

T

R

A

S

T R

P

2.0 (B)

2.1.

T

B1

Y3

B4

B

A T

T

R

S P

ESQUEMA ELÉCTRICO

+ S I>

0

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

130

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

TAREA 3:

DISPOSITIVO DE LLENADO

DESCRIPCIÓN El cilindro 1.0 (A) se encuentra extendido, cerrando la zona de descarga de la tolva. El cilindro 2.0 (B) se encuentra retraído. Al dar la orden de inicio de secuencia, el cilindro 1.0 (A) retorna, produciendo la descarga de piedras de ignición al deposito 1 durante un tiempo T. Transcurrido el tiempo, el cilindro 1.0 (A) se extiende. Al cerrar completamente la descarga de la tolva, el cilindro 2.0 (B) se extiende y coloca el deposito 2 en zona de llenado se repite la secuencias para el llenado de los depósitos siguientes. PLANO DE SITUACIÓN

Piedras de ignición

Cilindro 1.0 (A)

Depósito de cinta 2 Depósito de cinta 1 Mesa corredera Cilindro 2.0 (B)

DIAGRAMA DE MOVIMIENTOS 1

2

3

4

5

6

7

8

9=1

1 1.0 (A) 0 1 2.0 (B) 0

T

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

T

131

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

ESQUEMA DE NEUMATICO 1.0 (A)

2.0 (B)

S1

1.1. Y1

S3 S2

S4

2.1

B

A T

Y2

T

R

S P

S5

B

A

T

T

R

S P

ESQUEMA ELECTRICO

+ S I>

0

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

132

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

TAREA 4: DISPOSITIVO PARA CIZALLAR (MANDO CON MOVIMIENTOS PARALELOS) Descripción Con un dispositivo de cizallar ha de cortarse material de barras. La alimentación tendrá lugar por el cilindro neumático B, el cual moverá la carrera de ida la pinza neumática A previamente cerrada. Una vez introducirlo el material contra un tope fijo, queda sujetado por el cilindro de sujeción C. luego el cilindro A puede abrir y el cilindro B regresar. Después del cizallado del material por el cilindro D, afloja el cilindro de sujeción C y un nuevo ciclo puede comenzar. Los cilindros A y C son de simple efecto. 1.º El desarrollo del trabajo debe ser automático con la posibilidad de elección entre - ciclo continuo - ciclo único 2.º Un nuevo ciclo solo podrá realizarse cuando el cilindro de avance B y el cilindro de sujeción C hayan alcanzado la posición final trasera. PLANO DE SITUACIÓN

Cilindro C Sujeción

Cilindro D Cizallado

Cilindro A Pinza

Cilindro B Avance

DIAGRAMA DE MOVIMIENTOS 1

2

3

4

5

6

7 =1

1

1.0 (A) 0 1

2.0 (B) 0 1

3.0 (C ) 0 1

4.0 (D) 0

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

133

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

ESQUEMA DE NEUMATICO

(A)

S1

S2

2.1.

Y1

T

T

Y2

S3

(B)

A T

S4

(A)

S5

S6

B T

2.1.

Y1

T

T

Y2

S7 S8

(B)

A T

B T

ESQUEMA ELÉCTRICO

+ S I>

0

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

134

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

TAREA 5:

MANDO ELECTRONEUMÁTICO CON PLC

Descripción : ACOPLAMIENTO DE TORNILLO CON JUNTA TORICA En un tornillo de cierre para válvulas se debe colocar una junta tórica. Mediante un vibrador se alimentan los tornillos. Los tornillos son colocados en una horquilla, situado en el cilindro 2.0 (B). El cilindro 1.0 (A) levanta la junta tórica cuando hay señal de marcha. El cilindro 2.0 (B) retrocede la horquilla. El cilindro 3.0 (C) introduce el tornillo en la junta tórica. Los vástagos de los cilindros 1.0 (A), 2.0 (B) y 3.0 (C) regresan a sus posiciones iniciales. El cilindro 4.0 (D) levanta la pieza del dispositivo para ser trasladado a un depósito mediante un soplado 5.0 (E) PLANO DE SITUACIÓN Depósito Vibrador Cilindro 2.0 ( B)

Cilindro 3.0 ( c)

Depósito vibrador de junta Tórica Tobera de soplado 5.0 (E)

Cilindro 1.0 (A)

Cilindro 4.0 (D)

Tornillo con junta tórica

DIAGRAMA DE MOVIMIENTOS 1

2

3

4

5

6

7

8=1

1

1.0 (A) 0 1

2.0 (B) 0 1

3.0 (C ) 0 1

4.0 (D) 0 1

5.0 (D) 0

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

135

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

ESQUEMA DE NEUMATICO A 1.0

S4

B 2.0.

S1

C 3.0

S2

S5

D 4.0

S3

S7

E 5.0

S6

5.0.1. 1.1.

2.1.

Y1

3.1.

Y2

4.1.

Y3

5.1.

Y4

Y5

TT

PARO DE EMERGENCIA

CICLO CONTÍNUO

I/6

S7

I/5

CICLO UNICO

S6

S4

S5

S3

S2

MARCHA

S1

INSTALACIÓN DEL PLC

110 v

220 v

~

NOT NOT AC USED USED COM

I/0

I/1

I/2

I/3

AC COM

I/4

I/7

I/8

I/9

O/4

O/5

I/10

I/11

MICROLOGIC 1000 85-264 VCA L1

L2/N

VCA VCC

O/0

VCA VCC

O/1

VCA VCC

O/2

VCA VCC

O/3

VCA VCC

O/6

O/7

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

H1 CICLO UNICO

Y5 5.1.

Y4 4.1.

Y3 3.1.

Y2 2.1.

Y1 1.1.

-

H2

CICLO CONTÍNUO

+ 24 V DC

136

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

PROGRAMA LADDER

MARCHA I:

B3

(L)

B3

B3

B3

I:

B3 1

3

O:Æ ( )

Y1

Electroválvula 1.0

Y2

Electroválvula 2.0

Y3

Electroválvula 3.0

O:Æ (U)

Y4

Electroválvula 4.0

O:Æ ( ) B3

Y5

Electroválvula 5.0

1

7

2

O:Æ ( )

B3 4

2

O:Æ ( )

B3

3

5

B3

B3

(U)

4

6 B3

(U)

5

B3

4

7 B3 8

CICLO UNICO

B3

I:

5

(U) 1 (U) 7

B3

(L) 1 O:Æ ( )

8

CICLO CONTINUO

H1

6

I:

B3 9

( L )2

O:Æ ( )

H2 7

I:

B3

(L)

3

I:

B3

B3

B3 6

2

I:

B3

B3 5

4 B3

I: 5

(L)

6

1

I:

B3

B3

(L)

8 B3

6

(L)

B3 8

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

(L)

SEÑALIZA CICLO UNICO SEÑALIZA CICLO CONTINUO

3

4

5

6

7

137

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

I:

B3

(L) 6

B3

I:

8

B3

(U) 7

3

8 B3

(U)

4

B3

(U)

5

B3

(U)

6

B3

( U )7 CONTADOR DE PIEZAS

B3

(U)

8

CTU COUNTER

O:

B3

5

2

PRESET

C5 : 2

ACUM PARO DE EMERGENCIA I:

B3

(U) 10 B3

(U)

1

C5 :

· ACC = 2 B3

(U)

2

S:1 15

B3

(U)

4

B3

(U)

5

B3

(U)

6

B3

(U)

7

B3

(U) 8 CS ( RES )

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

138

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

HOJA DE TRABAJO Diseñar e instalar los siguientes Sistemas Electroneumáticos: 1. Unas piezas mecanizadas deben ser colocadas sobre una cinta transportadora. El movimiento vertical debe ser controlado manualmente, mientras que el horizontal debe controlarse automáticamente por el anterior. 2.0

CINTA TRANSPORTADORA

Plano de situación

1.0

Diagrama de movimientos 1 1 1.0 S1 0 1

2

3

4

S2

5

S4 S1: Pulsador avance S2: Final carrera S3: Final carrera S4: Pulsador retorno

S3

2.0 0

’ 2. En un perfil especial debe estamparse una marca. El perfil se coloca manualmente en el dispositivo. Los cilindros 1.0 (A), 2.0 (B) y 3.0 (C) estampan las marcas correlativamente. Cada cilindro ha de retroceder a su posición inicial después de la operación. Diagrama de movimientos

Cilindro 3.0 (C.) 1 Cilindro 2.0 (B)

Cilindro 1.0 (A)

2

3

4

5

6

7=1

1 1.0 (A) 0 1 2.0 (B) 0 1 3.0 ( C) 0

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

139

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

3.

Sujetar y perforar una pieza de elaboración Sujetar La sujeción de la pieza en elaboración tiene que es activada manualmente de dos lugares distintos. La liberación de la pieza también se realiza mediante un botón. Condiciones de limite a). La sujeción solo tiene que ser posible cuando la pieza en elaboración se encuentra en posición. b). La pieza no puede ser liberada mientras se estén realizando las perforaciones. Perforar Mediante un elemento emisor de señales se da la señal de arranque para el proceso de perforación. Cuando la punta del perforador ha alcanzado la posición final anterior, tiene que retroceder. Condiciones de limite a) La marcha de ida de la punta de perforador tiene que poderse regular a menos velocidad. b) La marcha de regreso tiene que realizarse a mas velocidad. c) El proceso de perforación debe realizarse solo cuando el cilindro de sujeción ha alcanzado la posición final anterior y se tiene la presión de sujeción deseada PLANO DE SITUACIÓN

Cilindro B

Cilindro A

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

140

MANDOS DE SISTEMAS ELECTRONEUMATICOS

BIBLIOGRAFÍA

1.

Manual de Electroneumática

Bosch.

2.

Manual de Electroneumática

Festo

3.

Manual de Electroneumática

Mannesmamm Rexroth

4.

Manual de Electroneumática

Micro

5.

Neumática e Hidráulica

Editorial Cultural

6.

Sistemas Electroneumáticos

Paraninfo

7.

w w w.festo. es

8.

w w w. automationstudio. com

9.

w w w. boschrexroth.com. br.

10.

http: // world.kenyence.com

11.

w w w. reea.6x.to

12

http: // geocities.com/

13

w w w. easyscada.com/indracontrol/

14

w w w. control-automatico.net/

15

http: //eca.redeya.com/

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

141

PROPIEDAD INTELECTUAL DEL SENATI PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN Y VENTA SIN LA AUTORIZACIÓN CORRESPONDIENTE

CÓDIGO DE MATERIAL 0182

EDICIÓN JUNIO 2004