AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL II 1

Informe Electroneumática.Fernando Siavichay.

lsiavichay@est.ups.edu.ecLuis Gordillo

lgordillo@est.ups.edu.ecUniversidad Politécnica Salesiana, Sede Cuenca.

Resumen—El documento que se presenta contiene detalles einformación, que hacen referencia a las prácticas de electro-neumática; el marco teórico sustenta puntos importantes delfuncionamiento de los elementos electroneumáticos, las siguien-tes secciones del informe están dedicadas a describir tanto elfuncionamiento, como también el proceso de implementación,de cada uno de los objetivos, dejando como último punto a lasconclusiones.

Index Terms—Cilindro, ElectroVálvula, Contactores.

I. OBJETIVOS

Mando de un cilindro de doble efecto utilizando unaválvula 5/3 y dos pulsadores uno para avance y otro pararetroceso.Mando de un cilindro de doble efecto utilizando unaválvula 5/3, un pulsador para avance y un detector deproximidad de retroceso.Mando de un cilindro de doble con retorno temporizado.Secuencia automática para un cilindro de doble efectoSecuencia en cascada para dos cilindros de doble efecto.Secuencia en cascada para tres cilindros de doble efecto.

II. INTRODUCCIÓN

C on anterioridad ya definimos al aire comprimido, el cualha sido desde hace mucho tiempo atrás una forma de

energía que el hombre aprendió a utilizar, con el fin de poderpotenciar recursos físicos, la intención de mejorar y poderampliar la producción en las industrias, para esta parte nosolo empleamos aire, también existe la parte eléctrica, la cualen cierto aspecto simplifica el espacio que se necesitaría paraque cierta automatización sea implementada[1].

III. MARCO TEÓRICO

III-A. Electroneumática

Un proceso automatizado en la industria esta compuesto departes que dedican a realizar funciones de manera específicacomo por ejemplo: la parte operativa -potencia-, formadapor el conjunto de elementos en donde se llevan a cabo lasacciones propias del proceso de trabajo. Existe otro secciónconocida como a de mando -comando-, en donde se generanlas órdenes que gobiernan al conjunto de elementos de la parteoperativa[1].

Entre ambas partes existe una fluida comunicación, ya que elmando comunica órdenes a la parte operativa, ésta ejecuta lasacciones correspondientes e informa al mando su evolución, de

acuerdo a la información recibida, el mando elabora nuevasórdenes, las que serán ejecutadas en la parte operativa y suevolución nuevamente reportada al mando, esta situación serepite hasta completar un ciclo de trabajo[1].

En nuestro caso, los laboratorios cuentan con bancos queposeen cilindros como también contactores, haciendo relacióna la parte teórica, el mando esta sujeto a los cambios que reali-ce el operario o se ejecutaran de acuerdo a la configuración delcircuito electroneumátio, prácticamente el mando es eléctrico,y el sistema operativo funciona con aire comprimido que seve reflejado en el movimiento de los cilindros[1].

III-B. Aire Comprimido

Para obtener aire comprimido, este debe seguir un procesodesde que se capta el aire del ambiente hasta que este sedistribuye para su uso. El aire comprimido contiene impurezas(polvo, óxido y aceite), heredados de la lubricación del com-presor, siendo el agua un factor que perjudica los componentesneumáticos[2].

Para contrarrestar estos inconvenientes que se presentan enla compresión y distribución del aire, existen filtros como porejemplo:

El filtro a la entrada retiene partículas grandes de polvo.Para poder condensar el vapor de agua aspirado, el com-presor debe tener instalado refrigeradores, como tambiéndebe ser instalado en lugares secos y frescos.

III-C. Cilindros

Estos son actuadores similares a los que se emplearonen el banco de neumática, a diferencia que serán activadospor electroválvulas, las cuales dependen de la configuracióneléctrica en el banco para su correcto funcionamiento[3].

Los sensores que se utilizan en este banco tienen la ca-racterística, de estar sujetos a los cilindros, ya que poseenla capacidad de detectar la salida y el retroceso del vástagode dicho elemento cumpliendo el trabajo que realizaban losfinales de carrera de la figura 1[3].

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Figura 1. Actuadores Clasificación Genérica.

III-D. Contactores

Los contactores eléctricos pueden simplificar el espacio deimplementación que se necesita para cualquier automatizaciónrequerida[4]. Es un mecanismo cuya misión es la de cerrarunos contactos que permiten el paso de la corriente a travésde ellos. Este elemento dispone de una bobina, la cual alser energizada comanda a sus respectivos contactores, ya quefunciona como un electroimán, atrayendo a los contactos,provocando su cambio, pueden iniciar abiertos o cerrados,luego de que la bobina del contactor haya sido alimentada,estos cambian de abiertos a cerrado o viceversa, en la figurapodemos ver como es físicamente un contactor[4], [5].

Figura 2. Contactor

Este principio de funcionamiento es el cual rige sobre esteelemento, que dependiendo de los requerimientos de la con-figuración serán dispuestos para el correcto funcionamiento.Un contactor puede disponer de 3 o 4 contactos que puedenser repartidos entre NO (Open N.) o NC(Close N.)[4], [5].

III-E. Electroválvula

Este elemento distribuye el aire, a diferencia de que suaccionar esta comandado o sujetos cambios eléctricos loscuales ordenarán si la válvula permite o no el paso delaire comprimido, físicamente se constituye por relés, que aldetectar lo pulsos eléctricos dejara pasar el aire para sacaro retroceder el cilindro, en la figura se muestra como es suconstitución física[6], [2].

Figura 3. Electro-válvula

III-F. Temporizador

El temporizador tiene un funcionamiento similar al de uncontactor, a diferencia de que el cambio de estado de loscontactores que tenga el temporizador, tardarán el tiempo quese haya configurado, cuando este haya pasado se ejecutará elcambio de estado de los contactores del temporizador, en elbanco de trabajo cuenta con dos temporizadores, los cualesdisponen de dos contactos, uno abierto y otro cerrado[7].

Figura 4. Temporizador.

IV. MATERIALES

Cantidad Elemento Simbología

1 Electro-válvula 5/3

1 Contactores

1 Cilindro de doble efecto

2 Pulsantes25 Bananas1 Mangueras

Cuadro IMATERIALES.

V. DESARROLLO

En esta sección se describe el proceso que se llevo a cabotanto en simulaciones como en implementación para cada unode los objetivos que se nos plantearon, se da a conocer elfuncionamiento que tiene cada configuración de los circuitosque se armaron en el laboratorio, se muestra también, lassimulaciones realizadas, las cuales se diseñaron de antemano,garantizando un correcto funcionamiento.

V-A. Práctica 1

V-A1. Funcionamiento: La configuración que tiene el pri-mer circuito, se podría decir que es relativamente simple; paradar inicio al funcionamiento debemos presionar P1, el cualactivara la bobina K1, esta cerrara y abrirá sus respectivoscontactos, cuando el vástago llegue a su fin, podremos pulsar

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P2, la cual mandara a energizar la bobina K2, que abrirá elcircuito que permitió el avance del vástago, y que la bobinaK2 energizara la electroválvula para que se de el retroceso delvástago.

Con este proceso descrito en el párrafo anterior, se cumpleel objetivo que se planteo al inicio de la práctica, las acti-vaciones que sufren cada bobina K1 y K2, permiten que laelectroválvula distribuya el aire comprimido para el avance opara el retroceso, simpre y cuando se haya pulsado P1 o P2de manera respectiva.

V-A2. Esquemas: Esta sección presenta los esquemas quese implementaron en el banco del laboratorio de PLC, los cua-les han sido simulados para garantizar que su funcionamientose el adecuado, la figura 5 muestra la simulación que se realizopara el primer objetivo; mientras que la figura 5 muestra eldiagrama de fase que cumple el cilindro.

Figura 5. Circuito mando de un cilindro doble efecto 1

En la figura 6 nos muestra el diagrama de fase del primerobjetivo, el cual resulta del funcionamiento que posee elcilindro de doble efecto.

Figura 6. Diagrama de fase del mando de un cilindro de doble efecto.

V-B. Práctica 2

V-B1. Funcionamiento: El funcionamiento que cumpleesta práctica esta basado en el principio de funcionamiento dela práctica 1, a diferencia de que el retroceso del vástago nose lo realiza de manera manual, este cuando llegue al final decarrera accionara un sensor (fin de carrera) electromagnético,el cual dará la señal para que la válvula cambie de posicióny permita que el vástago regrese.

De manera técnica el funcionamiento cumple el siguientefuncionamiento, cuando se pulse P1 este activará la bobina K1,la cual a su ves comandara la electroválvula, en este logramosque el vástago salga, cuando este haya llegado a su fin elsensor al final, activara una K2, la cual desactiva K1, y permite

que la electroválvula cambie su posición haciendo que estopermita el regreso del vástago.

V-B2. Esquemas: Esta sección presenta los esquemas quese implementaron en el banco del laboratorio de PLC, los cua-les han sido simulados para garantizar que su funcionamientose el adecuado, la figura 5 muestra la simulación que se realizopara el segundo objetivo; mientras que la figura 7 muestra eldiagrama de fase que cumple el cilindro.

Figura 7. Mando de un cilindro de doble efecto con detector de proximidad.

En la figura 8 nos muestra el diagrama de fase del segundoobjetivo, el cual resulta del funcionamiento que posee elcilindro de doble efecto.

Figura 8. Diagrama de fase Práctica 3.

V-C. Práctica 3

V-C1. Funcionamiento: La configuración que tiene elcircuito para este objetivo, parte del mismo principio defuncionamiento que los objetivos anteriores, aunque para estecaso en específico se realiza una modificación para cuandose de el retroceso del vástago; para dar inicio a este procesose presiona el botón de arranque, el vástago saldrá hasta sullegar a tope, luego de esto pasará un tiempo para que dichoelemento retroceda y quede en su posición final.

El funcionamiento de cada elemento en esta práctica tienelos siguientes comportamientos: cuando se presione P1, estedará inicio a la automatización energizando la bobina K1, lacual esta en paralelo a la electroválvula, específicamente alrelé que permite la salida del vástago, el vástago llegara asu final donde el sensor de proximidad detectará su llegada,para cual este dará una señal a la bobina del temporizadorT1, que empezara a contar el tiempo ajustado, luego de quetranscurra dicho tiempo, esta bobina se energizara abriendo ycerrando sus respectivos contactos, es cuando la bobina K1se desenergiza y K2 se alimenta, haciendo que el vástago delcilindro regrese.

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V-C2. Esquemas: Esta sección presenta los esquemas quese implementaron en el banco del laboratorio de PLC, loscuales han sido simulados para garantizar que su funciona-miento sea el adecuado, la figura 9 muestra la simulación quese realizo para el segundo objetivo; mientras que la figura 10muestra el diagrama de fase que cumple el cilindro.

Figura 9. Mando de un cilindro de doble efecto con detector de proximidadpara retorno temporizado.

En la figura 10 nos muestra el diagrama de fase del primerobjetivo, el cual resulta del funcionamiento que posee elcilindro de doble efecto.

Figura 10. Diagrama de fase Práctica 3.

V-D. Práctica 4

V-D1. Funcionamiento: Para el objetivo 4, se tuvo quediseñar un circuito electroneumático tenga el siguiente fun-cionamiento. Cuando se presione el botón de arranque, elvástago del cilindro saldrá hasta llegar a su fin, cuando estellegue a su fin de manera automática retornara a su posiciónde inicio, este proceso se repetirá de manera indefinida. Elfuncionamiento desde el aspecto técnico cumple el siguienteproceso, cuando se active el pulsante P1, energizara la bobinaK1, abriendo y cerrando sus respectivos contactos, permitiendoque la electroválvula de salida al vástago del cilindro, cuandoeste llegue a su final, el sensor de proximidad activara labobina K2 que inhabilita a K1 y permite el retorno delvástago, el cual cuando este por guardarse sera detectado por elsensor de proximidad en su inicio, habilitando la electroválvulapara que el vástago vuelva a salir y des habilite a k2, estefuncionamiento se repetirá de manera sucesiva.

V-D2. Esquemas: La figura 11 muestra el diseño que serealizo para cumplir con el objetivo 4, el cual fue simuladoen fluid sim.

Figura 11. Secuencia de un cilindro de doble efecto automática.

El diagrama de fase que muestra la figura 12, pertenece alobjetivo 4, esta figura muestra como actúa el cilindro ante loscambios que tiene el circuito.

Figura 12. Diagrama de fase Práctica 4.

V-E. Práctica 5

V-E1. Funcionamiento: El objetivo planteado para estapráctica nos propone una secuencia en cascada, donde invo-lucra a dos cilindros de doble efecto; cuando se presione elbotón de inicio el primer cilindro actuara de manera completa,salida y retorno del vástago, cuando el primer cilindro tengael vástago en su posición inicial, el segundo cilindro actuarade la misma manera que el primero, este proceso concluyeahí. Explicando como actúa cada elemento de esta práctica,podríamos partir desde el momento en que damos inicio alproceso cuando se pulsa P1 para el arranque de la secuencia,por ende este pulso activa la bobina de K1, desencadenandoel accionar de sus contactores, esto permite que el vástago delcilindro 1 salga hasta que el sensor de proximidad lo detecte,luego de esto mencionado sensor activara la bobina de K2,para dar retroceso al vástago del primer cilindro, cuando estehaya llegado a su posición de origen se activara la bobina deltemporizador, transcurrido el tiempo de mencionado elementosus contactos actuarán, un contacto abierto de T1 energizara labobina K3, que da paso a que la segunda electroválvula saqueel vástago del cilindro 2, cuando este haya sido detectado porel sensor de proximidad, el cual desactiva K3, pero alimentala bobina de K4, la cual comandara el retroceso del vástagodel segundo cilindro, concluyendo con la secuencia.

V-E2. Esquemas: La figura 13 no muestra la configuraciónque debe tener el circuito para que cumpla con el objetivopara esta práctica, dicho diseño fue realizado en el programade fluid sim.

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Figura 13. Secuencia en cascada para dos cilindros de doble efecto.

La figura 14 nos muestra el diagrama de fase para el objetivode la práctica 5.

Figura 14. Diagrama de fase Práctica 3.

V-F. Práctica 6

V-F1. Funcionamiento: Para el último objetivo de estasprácticas, tenemos una secuencia donde reunimos la mayoríade elementos del banco ya que se emplean 3 cilindros de dobleefecto, los cuales actuaran de manera sucesiva uno despuésdel otro. El inicio de esta secuencia esta dado por P1 el cuala su vez energizará la bobina K1,que da paso a la salidadel vástago del primer cilindro, que al llegar a su fin serádetectado por el sensor de proximidad, el cual activara labobina K2, la cual comandara el retorno del vástago, que alllegar su posición de origen activara K3, que en este casodará la señal para que la segunda electroválvula deje salir elvástago del segundo cilindro, hasta el fin de carrera (sensorde proximidad), que habilitara la Bobina K4 para que retorneel vástago, que llegando a su posición de inicio permitirá laenergización de la bobina K5 que hará cumplir con el mismoproceso que los cilindros anteriores a diferencia de que esteserá el último cilindro de la secuencia.

V-F2. Esquemas: A continuación en la figura 15 se mues-tra el diseño que fue simulado en Fluid sim, el cual cumplecon la secuencia de los tres cilindros de doble efecto, estaconfiguración es la que fue implementada en los laboratoriosde PLC.

Figura 15. Mando de un cilindro de doble efecto con detector de proximidad.

En la figura 16 nos muestra el diagrama de fase del últimoobjetivo, mostrando el momento en que entran a funcionarcada uno de los cilindros.

Figura 16. Diagrama de fase Práctica 3.

VI. CONCLUSIONES

Con un principio de funcionamiento similar al que pre-sento la neumática pura, la electroneumática asocia oadiciona la parte eléctrica, la cual simplifica espacio.Se puede optimizar el espacio, en cuando los contactorespuedan reemplazar a las válvulas que cumplían confunciones que validaban condiciones.En cierta manera, el nivel de complejidad a la horade diseñar se hace menor, debido a que se dispone dealternativas que manejan los contactores y nos permitenhacer automatizaciones que hubiesen requerido mayortiempo de diseño y elementos a usar en la neumáticatradicional.Podemos realizar una automatización que se asemeja ala neumática, con la diferencia que no necesitamos devarias válvulas que cumplan diferentes objetivos.El funcionamiento que cumple la electroválvula es elmismo que el que hacía una válvula neumática, el temaes que para cambiar el estado de la válvula se necesitade una señal eléctrica.

REFERENCIAS

[1] T. C. k. Ing. Rubén Dario EGGEL, Ing. Juan Pedro Fernandez,“Introduccion a la electroneumatica,” 1-2, pp. 5–6–7, 2013. [Online].Available: https://marubarrenechea.files.wordpress.com/2013/05/apunte_electroneumatica_2007.pdf

[2] S. S. Festo, M. Pany, “Electroneumatica Nivel Básico,” 1, pp. 7–9.[Online]. Available: http://www.festo-didactic.com/ov3/media/customers/1100/00065533001134644153.pdf

[3] A. J. R. F. Manuel Jesus Escalera Tornero, “ActuadoresNeumáticos,” 1-2, pp. 6 – 12. [Online]. Available:http://www.uhu.es/rafael.sanchez/ingenieriamaquinas/carpetaapuntes.htm/Trabajos%20IM%202009-10/Manuel%20Jesus%20Esacalera-Antonio%20Rodriguez-Actuadores%20Neumaticos.pdf

[4] A. Electrica, “Automatismos Industriales,” 1, pp. 1–2–3–5.[5] E. Vilches, “Contactpr,” 1-2, no. –, pp. 3–4–8–

10. [Online]. Available: http://www.upnfm.edu.hn/bibliod/images/stories/xxtindustrial/libros%20de%20electricidad/Controles%20Electromecanicos/CONTACTORES%20Y%20ACTUADORES.pdf

[6] Festo, “Fundamentos Electroneumatica,” 1-2-3, pp. 1–2–6–8–15.[7] S/N, “Temporizadores Basicos,” 27, pp. 27.1–27.2, 2011.

[Online]. Available: https://electronicavm.files.wordpress.com/2011/04/temporizadores-bc3a1sicos.pdf