Instituto Tecnológico Superior de Uruapan

1.1 Representación de las fases de un actuador

De los siguientes métodos de representación, será el grado de complejidad del

actuador el que defina el más adecuado en cada caso.

1. Representación descriptiva simplificada.

FASE 1: A extiende su vástago, el cilindro A sujeta la pieza.

FASE 2: B extiende su vástago, el cilindro B acciona el punzón de marcación.

FASE 3: B retrae su vástago, el cilindro B retrocede.

FASE 4: A retrae su vástago, el cilindro A libera la pieza.

2. Representación abreviada con vectores.

En este caso el movimiento de los cilindros se representa por vectores. Se adopta

convencionalmente: (Fig. 2.1.1)

3. Representación abreviada con signos.

En este caso el movimiento de los cilindros o actuadores es designado con los

signos más (+) y menos (-). (Fig. 2.1.2)

Se adopta convencionalmente:

+ Extensión del vástago.

- Retracción del vástago.

Fig. 1.1. 1

Fig. 1.1. 2

Fig. 2. 2.1

Fig. 2.2.2

Fig. 2.2.3

2.2 Representación de las fases de un actuador con

diagramas

Espacio-fase

Para realizar un diagrama hay que seguir estos ´puntos:

Se dibujan sincronizada mente tantas gráficas como componentes neumáticos queramos representar, unas debajo de otras se suele empezar por los actuadores, a continuación por las válvulas distribuidoras que los alimentan y después por las válvulas de señal o control que dan las órdenes que hacen bascular a éstas.

La identificación de los componentes en el diagrama gráfico se realiza utilizando las mismas letras o números con que se identifican los componentes neumáticos en el circuito.

El sentido de movimiento de los cilindros se suele representar utilizando el signo (+) para indicar que éste sale y el signo (–) para indicar que entra, según que autores se suele emplear también el código 1, 0, o bien las palabras entra, sale.

Las fases se representan en orden cronológico, según se van produciendo, para lo que habitualmente se emplea el denominado diagrama espacio-fase.

Se entiende por fase el cambio de estado de un actuador. o Las fase 1.0 (+) quiere decir que el cilindro 1.0 pasa de encontrase con

el vástago replegado, a tenerlo extendido. o Igualmente la fase 1.0 (-) quiere decir que el cilindro 1.0 pasa de

encontrase con el vástago extendido a estar totalmente replegado.

En estas gráficas las fases se representan horizontalmente y con distancias idénticas.

Ejemplo

Dibujar el diagrama espacio-fase para el siguiente circuito:

Fig. 2.2.4

Fig. 2.2.4

Fig. 2.2.5

En la situación que se muestra en la figura el vástago se mantiene replegado, es decir en el gráfico ponemos en la fase 1, la válvula sin actuar 0(-) y el vástago dentro 0(-).

En la fase 2, se activa el pulsador de la válvula 1.1 (y se mantiene pulsado), el vástago comienza a salir.

Una vez ha alcanzado suposición extrema, es la fase 3, si se mantiene activado el pulsador (en el diagrama representamos la válvula arriba, en la linea 1(+)), durante la que el vástago del cilindro permanece extendido, sin que haya ningún movimiento.

Si en esa situación dejamos de actuar sobre el pulsador de la válvula distribuidora 1.1 (representamos la válvula en 0(-)). entonces empieza la fase 4, durante la que el vástago del cilindro comienza la trayectoria de replegado.

Una vez concluida esta fase, termina el ciclo y el circuito está de nuevo en las condiciones iniciales dispuesto para volver a repetir la maniobra.

Como puede observarse es mucho más claro y conciso representar el ciclo

gráficamente por medio del diagrama espacio-fase, que tener que explicar

literalmente todo el proceso

Espacio – tiempo

EI diagrama espacio - tiempo constituye una variante del diagrama espacio - fase,

en donde en el eje horizontal se indican los tiempos en reemplazo de las fases o

pasos utilizados en aquel. Cuando el tiempo de ejecución constituye una variable

de consideración en el equipo, la "escala" de tiempos simplemente se superpone a

la de fases. Valen para este diagrama las mismas reglas y símbolos gráficos ya

mencionados.

Su aplicación resulta adecuada en aquellos mandos programados en función del

tiempo, en tanto que el espacio - fase lo es para los mandos por programa de

recorridos y de evolución secuencial

Los diagramas espacio-tiempo no son más que la representación gráfica de las

trayectorias de diferentes vehículos. Se dibuja una gráfica con el eje de abscisas

representando al tiempo y el eje de ordenadas al espacio recorrido. La curva

resultante es la trayectoria del vehículo o vehículos considerados. En el eje de las x

se divide el tiempo, regularmente 1seg. Y en el eje de las y se divide la carrera,

regularmente en mm.

Figura 2.3.1

Figura 2.3.2

Figura 2.3.3

2.3 Métodos de diseño secuencial

Los sistemas secuenciales se caracterizan por el hecho de que sus salidas dependen

no sólo de las entradas actuales, sino de toda la secuencia de entradas anteriores,

Toda esta secuencia de entradas anteriores da lugar a lo que se denomina el estado

del circuito, que está almacenado en componentes de memorización

De acuerdo con la definición de la figura 2.3.1, el estado de un sistema secuencial

depende de la secuencia de entradas anteriores al sistema de la figura 2.3.2,

Este planteamiento permite descomponer la ecuación general de los sistemas

secuenciales en otras dos ecuaciones: una de salida y otra de estado siguiente

(Figura 2.3.3).

Para caracterizar completamente un sistema secuencial es necesario plantear:

-Las tablas y ecuaciones booleanas que definen el siguiente estado del sistema a

partir de las entradas del circuito y el estado actual del mismo.

-Las tablas y ecuaciones booleanas que definen las salidas del sistema a partir de

las entradas del circuito y el estado actual del mismo.

-Esta información puede visualizarse usando un diagrama de estados que muestre

todos los estados posibles del sistema y las transiciones entre ellos.

Esta forma de caracterizar un sistema secuencial está basada en un modelo de

máquinas de estados finitos (FSM – Finite-State Machine).

Teóricamente, el modelo FSM se define como una quíntupla < S, I, O, f, h>

-S conjunto de estados (status)

-I conjunto de entradas (inputs)

-O conjunto de salidas (outputs)

-f función de estado siguiente

-h función de salida

Este modelo FSM supone que el tiempo se divide en intervalos uniformes y que las

transiciones de un estado a otro solo ocurren al principio de cada intervalo.

La función de salida h define los valores de salida durante el intervalo de tiempo

actual de acuerdo con el estado y las entradas actuales Yt =h(Xt, Et)

Figura 2.3.4

Figura 2.3.5

La función de estado siguiente f define cuál será el estado en el siguiente intervalo

de tiempo de acuerdo con el estado y las entradas en el intervalo actual Et+1 =

f(Xt, Et).

En realidad, la función de salida puede definirse de dos maneras distintas, lo que da

lugar a dos modelos FSM distintos: El modelo de Moore describe sistemas

secuenciales cuyas salidas dependen única y exclusivamente del estado del circuito

Yt = h(Et) Yt = h(Et, Xt), Y el modelo de Mealy describe sistemas secuenciales cuyas

salidas dependen del estado del circuito y de las entradas en el intervalo de tiempo

actual Yt = h(Et, Xt) Et+1 = f(Xt, Et).

De esta manera, cualquier sistema secuencial se puede modelar utilizando una

máquina de estados finitos y, a partir de ella, realizar su implementación, el estado

del sistema secuencial será almacenado en circuitos biestables que actuarán como

elementos de memorización y Las funciones de estado siguiente f y de salida h se

implementarán utilizando lógica combi nacional.

2.3.2 Método intuitivo

El método intuitivo consiste en utilizar diferentes componentes y accionamientos

para ir uno a uno solucionando los diferentes inconvenientes que se van

presentando. Uno de los componentes mas utilizados es el accionamiento abatible,

el cual permite esconder las señales cuando no se requieren y de esta forma evitar

la superposición de señales.

Accionamiento de rodillo abatible

2.3.3 Método mediante bloqueo de señales

En la solución de algunos circuitos neumáticos y electro neumáticos existe una

coincidencia de señales sobre los pilotajes de una misma válvula de potencia el cual

impide su funcionamiento. Este problema se puede solucionar mediante dos

formas:

-POR ANULACIÓN DEL EFECTO DE LA SEÑAL

La anulación de la señal no consiste en eliminar la señal por completo, si no en

dominarla por otra señal de mayor fuerza de accionamiento. Esto se puede lograr

usando los siguientes elementos:

1-Válvula diferencial con accionamiento neumático.

Usando una válvula diferencial al cual tiene dos pilotajes de distinto diámetro, de

forma que con una misma presión aplicada a ambos lados la fuerza es mayor en el

pilotaje de mayor diámetro. (figura 2.3.4).

2-Reductor de presión

Otra forma de anular los efectos de la señal permanente usando un regulador de

presión en uno de los pilotajes de una válvula normal. (Figura 2.3.5).

Figura 2.3.6

Figura 2.3.7

Figura 2.3.8

-ELIMINACIÓN DE LA SEÑAL

Se puede eliminar la señal de las siguientes maneras:

1-Con válvula de accionamiento mecánico unidireccional Consiste en emplear una

válvula con accionamiento mecánico unidireccional, las cuales son llamadas con

frecuencia válvulas escamotearles. (figura 2.3.6).

Se trata de una solución mecánica que presenta algunos

Inconvenientes, entre ellos:

a) Se debe considerar el sentido de ataque

b) La palanca con rodillo debe abatirse por completo

c) Dificultad en la aplicación en cilindros con carrera corta

d) La velocidad de ataque no puede ser elevada ya que la señal sería muy corta

e) La señal proporcionada por la válvula en el sentido de accionamiento no puede

ser reutilizada puesto que desaparece al sobrepasar la leva de la válvula.

2-Con temporizador de impulso

Consiste en emplear un temporizador de impulso del tipo normalmente abierto en

la posición de reposo. (Figura 2.3.7).

Se trata de un método seguro de eliminar una señal permanente, pero tiene

algunos inconvenientes

a) El temporizador queda cerrado al final de su temporización y no es posible

utilizar la señal que en su momento ha proporcionado, para operaciones

posteriores.

b) Se trata de un sistema caro, en especial si deben eliminarse varias señales.

c) Ocupan mucho espacio

3-Con válvula biestable

Consiste en utilizar una válvula con accionamiento neumático del tipo biestable la

cual tiene la propiedad de usar la señal sólo en el momento que se necesita. (Figura

2.3.8).

Figura 2.3.9

2.3.4 Sensores con rodillo abatible

Se trata de impedir que se produzcan señales permanentes disponiendo finales de

carrera con accionamiento por rodillo abatible unos milímetros antes del final del

recorrido del vástago. Esto es, la leva de la cabeza del vástago nos dará un impulso

a su paso por el rodillo abatible, que desaparecerá en cuanto haya pasado. En el

esquema (figura 2.3.9) se indica con una flecha el sentido de activación de la

válvula, señalando así si se produce en el avance o en el retroceso.

Es un método muy simple y económico, pero presenta una serie de inconvenientes,

como son que, en realidad, una fase comienza sin haber finalizado realmente la

anterior (ya que hay que adelantar un poco los rodillos) y además si los conductos

del circuito tienen mucho recorrido o la leva del vástago es demasiado corta, la

orden generada se elimina antes de llegar a su destino.

En la secuencia que nos ocupa, tenemos el problema que el final de carrera B0 al

estar pisado impide que al pulsar la marcha se inicie la secuencia.

Además, si esta se iniciara, al estar el cilindro A extendido, pisando el final de

carrera A1, no se podría continuar retrayendo el cilindro B.

Sustituyendo estos finales de carrera por otros abatibles B0 en el retroceso y A1 en

el avance, situados unos milímetros antes se soluciona el problema.

Figura 2.3.10

2.3.5TEMPORIZADOR

Es una válvula neumática, resultado de la combinación de otras. En concreto está

formada por dos válvulas y un elemento acumulador de aire.

-Una válvula de estrangulación con anti retorno.

-Un acumulador de aire a presión.

-Una válvula distribuidora 3/2, pilotaje neumático.

El temporizador de la siguiente imagen es normalmente cerrado y cuando actúa,

permite el paso del aire.

La regulación del tiempo se logra estrangulando el paso del fluido que llega por la

línea 12 al acumulador. Cuando la cantidad de aire introducido al acumulador

genera una presión suficiente para vencer el resorte, se acciona la válvula

distribuidora para permitir el paso de aire y establecer comunicación entre 1 y 2.

Cuando la línea 12 se pone en descarga, el fluido sale del acumulador a través del

anti retorno, sin estrangulación, permitiendo la conmutación de la válvula

distribuidora de forma rápida.

Tipos de Temporizadores

Dependiendo del sentido de la regulación del caudal de aire en la línea de pilotaje

12, se pueden encontrar temporizadores que regulan el tiempo de la primera

conmutación de la válvula distribuidora o con temporizadores que regulan la vuelta

a la posición de reposo de dicha válvula.

-Con Retardo a la Conexión

-Con Retardo a la Desconexión

Dependiendo de la válvula distribuidora 3/2 que tengan, se pueden encontrar

temporizadores normalmente cerrados (N.C.) o normalmente abiertos (N.A.- N.O.)

-Normalmente Cerrados

-Normalmente Abiertos

2.3.7CASCADA

El método intuitivo puede dar lugar a señales encontradas; para evitarlo en el

método de cascada se usan dos conjuntos de válvulas direccionales, uno

trabajando sobre los actuadores, formado por tantas válvulas como cilindros y el

otro sobre un banco de memoria formado por un grupo de válvulas cascada que

suministran aire a presión a las líneas de los grupos que pueden estar con presión o

sin ella.

El papel de las válvulas en cascada es eliminar presión en una línea y dar presión a

otra línea al pasar de un grupo de secuencia de movimientos a otro y como en cada

grupo no hay ninguna letra repetida es imposible que se presenten interferencias

en las señales que van a las válvulas de accionamiento de los cilindros.

Reglas del método cascada

1. Establecer la secuencia de movimientos y dibujar el diagrama espacio-

tiempo que muestra en cada ciclo, el estado de los cilindros, las señales de

entrada y las señales de retroalimentación. De este modo, al dividir en

grupos la señal, puede verse fácilmente si el cambio de las señales se

presenta dos veces, con lo cual estarán presentes señales opuestas. Se

inicia el esquema del circuito dibujando los cilindros en la posición que les

corresponde al comienzo del ciclo y debajo las válvulas distribuidoras de

accionamiento. Debajo de las válvulas distribuidoras se trazan líneas

horizontales (líneas de presión) como grupos que se numeran con

números romanos. Debajo de las líneas de presión se dibujan las

memorias (válvulas 4/2 o 5/2) conectadas de forma escalonada y de aquí

proviene el nombre de cascada del método.

2. Se inicia la secuencia de movimientos con la válvula Marcha/Paro o de

Arranque y se divide en grupos que sea el menor posible. Cada grupo será

designado por cifras romanas.

3. . El número necesario de válvulas final de carrera es igual al número total

de letras de la secuencia. La representación de estas válvulas suele ser

debajo de los actuadores, si bien se dibujan en posición normal, el dibujo

es más claro desde el punto de vista de funcionamiento.

4. El número necesario de válvulas distribuidoras (5/2) de accionamiento de

los cilindros es igual al número total de cilindros.

5. Se escoge un número de memorias (distribuidores selectores) de cascada

igual al número de grupos menos uno.

6. Las memorias (distribuidores selectores) cascada son piloteadas por las

últimas señales de los grupos de las válvulas de final de carrera.

7. El suministro de aire para las señales de pilotaje de cada grupo se conecta

a una línea de presión común y por lo tanto hay tantas líneas de presión

como grupos. Estas líneas son puestas a presión o en escape por las

memorias (distribuidores selectores) en cascada.

Figura 2.3.11

Ejemplo de circuito de cascada: A+B+B-A-C+C- el cual se muestra en la figura

de la izquierda.

2.3.8PASO A PASO

Este método recibe este nombre porque un grupo es activado por el grupo anterior

y desactivado por el siguiente. Análogamente al método de cascada se establece la

secuencia o sucesión de movimientos a realizar.

Se puede realizar de dos formas: paso a paso máximo y paso a paso mínimo, la

única diferencia es el número de grupos en una secuencia. Para el paso a paso

máximo elegimos tantos grupos como fases tiene la secuencia; mientras que en el

paso a paso mínimo los grupos se escogen de forma que sean el menor nº posible;

este último método será el que utilizaremos pues utiliza menos componentes y

consecuentemente es más barato.

Ejemplo:

1- Para la secuencia A+B+B-C+C-A-, se divide la secuencia en

grupos de forma que en ninguno de ellos se repita ninguna

letra, por ejemplo: /A+B+/B-C+/C-A-/.

2- - Una vez dividida la secuencia en grupos, se empieza el

esquema del circuito dibujando los cilindros en la posición

que corresponde al comienzo del ciclo.

3- Cada cilindro estará controlado por una válvula 4/2 o 5/2 de

accionamiento neumático

4- - Dibujar debajo de estas válvulas distribuidoras, tantas líneas

horizontales (líneas de presión) como grupos haya en la

secuencia y numerarlas con números romanos: I, II, III, IV.

Debajo de las líneas de presión se dibujan las memorias

(válvulas 3/2 de accionamiento neumático), cada una de ellas

alimenta a una línea.

Figura 2.3.12

1- Con el fin de tener una única línea con presión en cada

momento, la etapa anterior es siempre devuelta a su posición

inicial (sin presión) por la etapa siguiente, por lo que cada

memoria estará pilotada por la derecha desde la línea

siguiente a la que alimenta, y por la izquierda desde el último

final de carrera del grupo anterior.

2- En la posición de partida están borradas (cerradas) todas las

memorias con excepción de la última que debe estar activada.

3- Los finales de carrera se alimentan de la línea de presión a la

que pertenecen, salvo el último de cada grupo que se

alimenta directamente de la fuente de presión, ya que es el

encargado de cambiar la línea de presión activa.

4- Dentro de cada grupo, cada final de carrera pilota el siguiente

movimiento de la secuencia:

5- El último final de carrera de cada

grupo activa la memoria del grupo siguiente dando presión a

la línea correspondiente que, a su vez, pilota el primer

movimiento del siguiente grupo: