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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA
ESCUELA DE POSGRADO
UNIDAD DE POSGRADO DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA DE
PRODUCCIÓN Y SERVICIOS
“OPTIMIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SISTEMAS NEUMÁTICOS Y
ELECTRONEUMÁTICOS INDUSTRIALES MEDIANTE CONTROL CON PLC”
Tesis presentada por el Bachiller
ALCIDES LUIS FABIAN BRAÑEZ
Para optar el Grado Académico de Maestro En Ciencias:
Ingeniería Eléctrica, con Mención En Electricidad
Industrial
Asesor Mg. Edgar Robles Falcon
AREQUIPA- PERÚ
2015
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ÍNDICE DE ABREVIATURAS
E/S Entrada/Salida
FBD Bloque de funciones
DF Diagrama de funciones
GRAFCET Gráfico Funcional de Control de Etapas
IEC Comisión Internacional de Electrotecnia
IL Lista de instrucciones
LD Diagrama de contactos
PC Panel de Control
PLC Controlador Lógico Programable
PO Parte Operativa
LED Diodo emisor de luz
NO Normalmente abierto
NC Normalmente cerrado
K1 Relé 1
S1 Interruptor pulsador
Y1 Solenoide 1
CA Corriente alterna
CC Corriente continua
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INDICECAPITULO I: Planteamiento.................................................................................................1
1.1 Introducción.................................................................................................................1
1.2. Definición del problema..............................................................................................2
1.3 Justificación..................................................................................................................2
1.4 Delimitación de las fronteras del trabajo.....................................................................2
1.5 Objetivo General..........................................................................................................2
1.6 Objetivos Específicos...................................................................................................2
1.7 Hipótesis.......................................................................................................................3
1.8 Variables.......................................................................................................................3
CAPITULO II: Sistemas neumáticos.....................................................................................4
2.1 Tecnología Neumática..................................................................................................4
2.2. Estructura de un sistema neumático............................................................................6
2.3. Producción y tratamiento de aire comprimido............................................................6
2.4. Introducción al mando neumático...............................................................................9
2.4.1. Método de Cascada..............................................................................................9
2.4.2. Método paso a paso...........................................................................................13
CAPITULO III: Sistemas electroneumáticos.......................................................................19
3.1 Tecnología Electroneumática.....................................................................................19
3.2 Dispositivos de un sistema electroneumático............................................................21
3.2.1 Interruptor de pulsador........................................................................................21
3.2.3 Presostatos...........................................................................................................22
3.2.3 Solenoides...........................................................................................................22
3.2.4 Relé.....................................................................................................................23
3.2.5 Relé Temporizador..............................................................................................24
3.2.6 Interruptor de temperatura...................................................................................25
4
3.2.7.Interruptores de proximidad tipo Reed 25
3.2.8.Sensores electrónicos 28
3.2.9.Contadores eléctricos 33
3.3. Métodos de control de circuitos electroneumáticos..................................................34
3.3.1 Método Paso a Paso............................................................................................34
3.3.2 Método Cascada..................................................................................................44
CAPITULO IV: Tecnología no cableada.............................................................................48
4.1 Introducción...............................................................................................................48
4.2 Definición...................................................................................................................48
4.3 Sistemas de control cableados....................................................................................49
4.4. Sistemas de PLC......................................................................................................50
4.5 Principales componentes del PLC..............................................................................50
4.6. Programación de los Controladores Lógicos Programables.....................................53
4.7 Temporizadores de los PLC.......................................................................................55
4.8. Elementos de memoria del PLC................................................................................56
4.9 Áreas de Aplicación de un PLC.................................................................................58
4.10 Estándares de los PLC..............................................................................................59
4.11. Aplicación del FST..................................................................................................60
CAPITULO V: Control de circuitos electroneumáticos con PLC.......................................71
5.1. Control de dos cilindros, con válvulas monoestables...............................................71
5.2. Control de dos cilindros, con válvulas biestables.....................................................76
5.3. Control de un cilindro, válvulas biestables plc fluid sim..........................................83
5.4. Control de un sistema de una prensa plc FluidSim...................................................85
5.5. Control dos cilindros, válvulas biestables plc FluidSim...........................................87
5.6. Control tres cilindros, válvulas biestables plc FluidSim..........................................87
5
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES...............................................................90
Bibliografía......................................................................................................................92
6
DEDICATORIA:
A LA MEMORIA DE MIS PADRES POR HABER DEDICADO SUS VIDAS A MI
REALIZACION PROFESIONAL Y SUS EJEMPLOS DE PERSEVERANCIA Y VALORES
7
RESUMEN
En las instalaciones industriales en general, muchas veces se realizan modificaciones a fin
de realizar ampliaciones o para optimizar los procesos productivos lo que implica realizar
cambios en las canalizaciones ya sea ductos o tuberías con el objetivo, de llevar a cabo un
recableado, incluir nuevos dispositivos de control como contactores, temporizadores, nuevas
válvulas, modificación de los tableros de control, instalación de barras para las borneras, o
también puede ocurrir que en los tableros ya no se tenga el espacio necesario para los nuevos
equipos. Esto implica que se tenga que sacar de servicio una o mas líneas de producción por
consiguiente largas paradas de máquinas y por tanto pérdidas en la producción, con el tácito
perjuicio económico.
Además los sistemas de automatización en base control mediante eléctrico requieren
muchos dispositivos y al estar constituidos por muchos componentes requieren mayores
trabajos de mantenimiento y probable falla y la interrupción del servicio.
Por esta razón, el objetivo principal de la presente tesis es diseñar circuitos industriales
neumáticos y electroneumáticos para optimizar su operación mediante control con PLC.
En el diseño de los sistemas se utilizó el módulo de PLC, del software FluidSim, así mismo
el programa de simulación Logo Soft. Se utilizó el Lenguaje de Programación de PLCs
Ladder o de contactos y bloque de funciones.
Palabras claves :Contactores ,PLC, circuitos ,programación ,industriales .
8
ABSTRACT
In industrial facilities in general, modifications are often made in order to carry out extensions
or to optimize production processes, which implies making changes in pipelines, whether
pipelines or pipes with the objective of carrying out a rewiring, including new devices of
control such as contactors, timers, new valves, modification of the control panels, installation
of bars for the terminals, or it may also happen that the necessary space for the new
equipment is no longer available on the panels. This implies that one or more production lines
must be taken out of service, consequently long machine stops and therefore production
losses, with the tacit economic damage.In addition, automation systems based on electrical
control require many devices and being made up of many components require major
maintenance and probable failure and interruption of service.For this reason, the main
objective of this thesis is to design pneumatic and electro-pneumatic industrial circuits to
optimize its operation through PLC control.The PLC module, of the FluidSim software, was
used in the design of the systems, as well as the simulation program Logo Soft. The Ladder or
Contact PLC Programming Language and function block were used.
Keywords: Contactors, PLC, circuits, programming, industrial
1
CAPITULO I:
PLANTEAMIENTO
1.1 INTRODUCCIÓN
Los automatismos industriales consisten en el uso de tecnologías o elementos electrónicos,
eléctricos y mecánicos para controlar maquinarias o procesos industriales. Como una rama de
la ingeniería más amplia es un Sistema de control que comprenden la instrumentación
industrial, que involucra a los sensores, los transmisores de campo, los equipos de control y
análisis, los sistemas de transmisión y recolección de datos y las aplicaciones de software en
tiempo real para supervisar y controlar las operaciones de plantas o procesos industriales
Entre las tecnologías de control tenemos a la Neumática, que es la parte de la mecánica que
estudia y aplica la fuerza obtenida por el aire a presión. Un sistema neumático aprovecha la
presión y volumen del aire comprimido por un compresor de aire y lo transforma por medio
de actuadores en movimientos rectilíneos y de giro, que se usan para automatizar maquinarias
en las industrias, en estas máquinas, los actuadores se controlan por una serie de válvulas de
dirección, control de presión y control de flujo, principalmente.
Otra de las tecnologías son los sistemas electroneumáticos, conformados por válvulas
controladas mediante relés, solenoides, interruptores, finales de carrera, sensores. La
operación de sistemas con estas tecnologías es dificultosa por la cantidad de dispositivos que
los conforman, con los consiguientes problemas de mantenimiento; por lo que se recurre a los
Controles Lógico Programables, que están en constante evolución del hardware y software
para poder satisfacer las necesidades fundamentalmente en aquellas instalaciones en donde es
necesario procesos de maniobra, control, cambios de líneas de producción.
2
1.2. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA
En una planta industrial con frecuencia se presentan modificaciones en los procesos de
producción, lo que implica hacer un nuevo cableado, agregar relés, temporizadores, nuevas
válvulas, cambios en los tableros de control. Esto implica largas paradas de máquinas y a
menudo los tableros quedan pequeños para la instalación de nuevos dispositivos para realizar
las modificaciones. Además, los sistemas neumáticos y electroneumáticos al estar constituidos
por numerosos componentes requieren mayores trabajos de mantenimiento y probabilidad de
falla con la consiguiente interrupción del servicio.
1.3 JUSTIFICACIÓN
La utilización de los Controles Lógicos Programables permite optimizar la operación de
los sistemas neumáticos y electroneumáticos, reducir los costos de mantenimiento y
contaminación ambiental, lo que influirá de manera favorable en el aspecto económico en las
empresas.
1.4 DELIMITACIÓN DE LAS FRONTERAS DEL TRABAJO
El presente trabajo se circunscribe a Sistemas Secuenciales, dispositivos de corte de
láminas metálicas, elevadores y transporte en las líneas de producción industrial
1.5 OBJETIVO GENERAL
Diseñar programas de control con PLC, para optimizar la operación de Sistemas
secuenciales neumáticos y electroneumáticos industriales.
1.6 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Diseñar y simular el funcionamiento de los sistemas neumático y electroneumático de una
herramienta de corte, mediante los métodos de cascada y paso a paso.
Simular la operación de los sistemas neumático y electroneumático de un sistema de
transporte y elevación, mediante los métodos de cascada y paso a paso.
3
Diseñar y simular el control de la operación de sistemas de corte y transporte, mediante
PLC
1.7 HIPÓTESIS
El uso de los Controladores Lógicos Programables, permitirá optimizar la operación de los
sistemas neumáticos y electroneumáticos industriales.
1.8 VARIABLES
Variables Independientes: Programas de PLC para el control de procesos
Variables Dependientes: Optimización de la operación, reducción de costos de
mantenimiento, continuidad del servicio, contaminación ambiental
4
CAPITULO II
SISTEMAS NEUMÁTICOS
2.1 TECNOLOGÍA NEUMÁTICA 1
Un sistema neumático es aquel que emplea aire del medio ambiente y lo comprime para
transmitir y controlar la energía. Los sistemas neumáticos se usan en sistemas de
automatización como por ejemplo controlar la apertura y cierre de las puertas de los
trenes , líneas de producción automáticas, sistemas mecánicos de prensas , herramientas de
corte etc. Las instalaciones con equipo neumáticos o los sistemas de control neumático son
ampliamente utilizados en nuestra sociedad, especialmente en los sectores industriales para
la construcción de máquinas automáticas. Los sistemas neumáticos tienen muchas ventajas.
Estas son: Demostrada Alta efectividad, muchas fábricas han equipado sus líneas de
producción con equipos de aire a personas y compresores.
El suministro de aire es ilimitado en la atmósfera para proporcionar aire requerido por
las industrias. Además, el empleo de aire comprimido no está restringido por la distancia,
ya que puede transportarse fácilmente mediante tuberías. Después del uso, el aire utilizado
se puede liberar directamente a la atmósfera sin el necesidad de procesamiento.
Alta duración y mayor confiabilidad: Los componentes neumáticos no estan sujetos a
mucho desgaste y no se pueden dañar fácilmente. Comparado con componentes
electromotrices,los componentes neumáticos son más duraderos y confiables. Diseño
relativamente simple en elgunos casos se puede complicar pero por lo general los diseños
de componentes neumáticos son relativamente simples. Por lo tanto, son más adecuados
para uso en sistemas simples de control automático.
1 Gea José Manuel (2005 ): Circuitos Básicos de ciclos Neumáticos y electroneumáticos
5
Alta adaptabilidad al entorno de medio ambiente agresivo, en comparación con los
elementos de otros sistemas, el aire comprimido se ve menos afectado por la alta
temperatura, polvo, corrosión, etc. Seguridad: Los sistemas neumáticos son más seguros
que los sistemas electromotrices porque pueden funcionar en ambientes inflamables sin
causar fuego o explosión.
Aparte de eso, la sobrecarga en un sistema neumático solo conducirá a un deslizamiento
o al cese de la operación. A diferencia de los electromotrices, neumáticos los componentes
no se queman ni se sobrecalientan cuando están sobrecargados. Fácil regulacion de
velocidad y presión : Las velocidades del movimiento rectilíneo y oscilante fáciles de
ajustar y sujeto a algunas limitaciones.
La presión y la cantidad de aire se pueden ajustar fácilmente con un Regulador de
presión. Por tanto, pueden funcionar en entornos que demandan alto nivel de limpieza Un
ejemplo son las líneas de producción de circuitos integrados o productos framacéuticos
Son economicos, puesto que los componentes neumáticos no son costosos, los costos son
bastante bajos comparando con otras tecnologías. Además, son muy duraderos, el costo de
reparación es significativamente menor que el de otros sistemas.
Limitaciones de sistemas neumáticos Aunque poseen muchas ventajas, también están
propensos a muchos limitaciones son:
1. Precisión relativamente baja Como funcionan con la fuerza proporcionada por el aire
comprimido, su funcionamiento es sujeto al volumen del aire comprimido.Como el
volumen de aire puede cambiar cuando está comprimido o calentado, el suministro de aire
al sistema puede no ser preciso, lo que causa una disminución en el precision.
2. Baja carga:Como los cilindros no son muy grandes, un sistema neumático no puede
conducir cargas que son demasiado pesadas
6
3. Procesamiento requerido del antes antes del uso El aire debe procesarse antes de su
uso para garantizar la ausencia de vapor de agua o polvo.
4. Velocidad de movimiento desigual, como el aire puede comprimirse fácilmente, las
velocidades de movimiento de los pistones son relativamente desiguales.
5. Ruido Se producirá ruido cuando se libere aire luego de haber realizado trabajo
2.2. ESTRUCTURA DE UN SISTEMA NEUMÁTICO2
Principales componentes neumáticos Los componentes neumáticos se pueden dividir en
dos categorías:
Componentes que producen y transportan aire comprimido.
Componentes que consumen aire comprimido.
Todos los componentes neumáticos principales se pueden representar mediante simples
símbolos neumáticos. Cada símbolo muestra solo la función del componente que
representa, pero no su estructura. Neumático los símbolos se pueden combinar para formar
diagramas neumáticos. Un diagrama neumático describe la relaciones entre cada
componente neumático, es decir, el diseño del sistema
2.3. PRODUCCIÓN Y TRATAMIENTO DE AIRE COMPRIMIDO
2.3.1 PREPARACIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO
Los sistemas de control neumático funcionan con un suministro de aire
comprimido, que debe estar disponible en cantidad suficiente y a presión para
adaptarse a la capacidad del sistema. La fiabilidad operativa y la vida útil de un
sistema neumático dependen en gran medida de la preparación del aire
comprimido. Las impurezas en el aire comprimido, tales como incrustaciones,
óxido y polvo, así como los constituyentes líquidos en el aire que se depositan
como condensado, pueden causar un gran daño en los sistemas neumáticos. Estos
2 Felip Roca Ravell (2005) Oleohidráulica Básica, diseño de circuitos.
7
contaminantes aceleran el desgaste en las superficies deslizantes y los elementos de
sellado, afectando adversamente el funcionamiento y la vida útil de los
componentes neumáticos. Como resultado del encendido y apagado de los
compresores, se producen fluctuaciones de presión que tienen un efecto
desfavorable en el funcionamiento del sistema. Para eliminar estos efectos, la
preparación del aire comprimido debe recibir la mayor importancia. Hay cuatro
fases en la preparación del aire que son:
Fase 1: Consiste en un sistema de admisión de aire, un filtro de admisión elimina
partículas más grandes que pueden dañar el compresor de aire.
a) Ubicación: La admisión para un compresor se ubicará en el exterior o en el
interior de la planta, lo que proporcione la mejor calidad del aire. Se requiere
incrementar la potencia del compresor en relación con el nivel del mar para
determinar la presión adecuada y la densidad del aire de admisión. La calidad del
aire se determina por su temperatura, humedad y limpieza. Debemos asegurarnos
de que la entrada de aire esté libre de humedad o contaminación.
b) Temperatura de admisión: la densidad del aire varía inversamente con su
temperatura: se obtiene un aumento en la entrega de aproximadamente el 1 por
ciento para la reducción de -20 temperatura de admisión.
c) Material de la tubería de admisión: el interior de la tubería de admisión debe ser
liso y no estar sujeto a oxidación u oxidación. El óxido que se desprende dañará el
compresor. Los materiales de tubería de admisión de aire aceptables incluyen
plástico, cobre, acero inoxidable, aluminio o acero galvanizado. En tuberías
metálicas se utilizarán acoplamientos mecánicos. Debe evitarse la unión soldada, ya
que las rugosidades de la soldadura pueden desprenderse, entrar y dañar el
compresor.
8
d) Longitud incremental de tubería, debido a la rugosidad en las tuberías se
incrementan las caídas de presión por lo que se considera una longitud supletoria.
e) Filtro de aire de admisión: La selección del tipo de filtro se basa en si el
compresor de aire a usar está lubricado o no lubricado, y en la calidad del aire
ambiente. Existen diversos tipos de filtros.
Los filtros viscosos tienen una eficiencia de 85 a 90 por ciento del tamaño de
partícula mayor a 10 micrones. Este tipo de filtro es aceptable para compresores
alternativos lubricados que funcionan en condiciones normales.
Los filtros de baño de aceite tienen una eficiencia de 96 a 98 por ciento de
partículas de más de 10 micrones. Este tipo de filtro es más costoso y, en su mayor
parte, ya no lo recomiendan los fabricantes de compresores, pero se puede
considerar para compresores alternativos lubricados que operan en condiciones de
trabajo pesado.
Los filtros secos tienen una eficiencia del 99 por ciento de las partículas mayores de
10 micrones. Debido a su alta eficiencia de filtración, estos filtros son la mejor
selección para compresores rotativos y alternativos. Deben usarse para compresores
no lubricados y siempre que el aire se mantenga libre de aceite.
Los filtros secos de dos etapas, para proporcionar una eficiencia del 99 por ciento
de las partículas de más de 0.3 micrones, se utilizarán para unidades centrífugas
Con todos los tipos de filtros, se debe proporcionar un medio para controlar la caída
de presión del aire a través del elemento, que indica la contaminación del elemento.
Fase 2: Esta fase consta de compresores, con controles de variación presión ,
enfriamiento del aire, eliminación de calor residual y filtración de entrada de aire.
Fase 3: Esta fase incluye equipos de acondicionamiento, que consisten en
receptores de aire, refrigeradores, separadores, trampas de drenaje o drenajes,
9
filtros y secadores de aire.
Fase 4: Esta fase consta de subsistemas de distribución de aire, que incluyen líneas
principales, caídas para usos específicos, válvulas, filtros y trampas adicionales.
mangueras de aire, posibles equipos de aire acondicionado suplementarios,
conectores, a menudo reguladores de presión y lubricador.
2.4. INTRODUCCIÓN AL MANDO NEUMÁTICO 3
2.4.1. MÉTODO DE CASCADA
El método intuitivo es el más económico para resolver secuencias de inversión
exacta. En secuencias diferentes aparecen problemas de simultaneidad de señales los
cuales se pueden resolver por el método de cascada. Con este método el dispositivo de
mando se crea mediante válvulas de memoria 4/2 ó 5/2 conectadas en serie. De tal
manera que mediante una válvula 4/2 se obtiene un dispositivo que genera dos salidas
ver Fig. 2.1
3 Peláez Vara Jesús(2012). Neumática Industrial Diseño, selección y estudio de elementos neumáticos.
10
4 2
1 3
Figura. 2.1 Válvula biestable .
4 2
1 3
4 2
1 3
Figura. 2.2.Fuente propia
Si en la vía de presión del circuito anterior, se conecta una de las vías de salida de
otra válvula 4/2, se obtiene un circuito que tiene tres salidas ver Fig. 2.2
De este modo y en forma sucesiva y de la observación del circuito anterior se deduce
que el número de válvulas que componen el circuito es igual al número de salidas
menos uno, que la primera válvula da dos salidas y el resto solamente una.
A continuación, se presenta el desarrollo de un circuito con los pasos necesarios para
realizar una secuencia A+ A- B+ B-
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A1 A2C1 C2
4 2
51
3
4 2
51
3
B1 B2
4 2
51
3
2
1 3
B2
2
1 3
B1
2
1 3
C2
4 2
51
32
1 3
C1
2
1 3
A1
2
1 3
A2
2
1 3
Figura. 2.3. Control de tres cilindros.Fuente: Peláez Vara Jesús
En primer lugar, se divide la secuencia en tantos grupos como fases contenga. El
número salidas del dispositivo de mando coincide con el número de grupos de la
secuencia. Los finales de carrera de cada grupo se alimentan de la línea del dispositivo
de mando al que pertenecen, y sirven para cambiar la presión al siguiente grupo, y de
esta manera las ordenes de cada fase se toman de la línea a la que pertenecen.
Se dibujan los cilindros y los distribuidores que los gobiernan, teniendo en cuenta
que éstos se alimentan en forma directa de la red y de ninguna manera del dispositivo de
mando.
El dispositivo del párrafo anterior presenta una salida para cada fase de la secuencia
y además cumple la propiedad de que en todo instante solo puede haber una salida con
12
presión, lo que conlleva que no puedan producirse simultaneidad de señales, pues todas
las ordenes provienen de salidas diferentes, dicha solución, aparte de costosa es
innecesaria, pues tampoco habrá problemas de simultaneidad de señales, si con una
misma salida se dan diferentes ordenes, siempre que estas no sean contrarias, lo que se
consigue dividiendo la secuencia en grupos, de modo que cada grupo abarque el
máximo número de letras y que cada letra no aparezca más de una vez en cada grupo
lógicamente, si todas las letras del grupo son diferentes, no hay órdenes contrarias en el
grupo, y como solo hay una salida con presión nunca puede haber simultaneidad de
señales.
El procedimiento para el desarrollo del método de CASCADA es:
Agrupar movimientos sin que se repitan los de un mismo actuador.
El número de válvula 5/2 biestables es = Número de grupos menos 1
Señales externas = Cambio de grupo
Señales internas=Cambio de movimiento
Solo un grupo puede estar energizado en un mismo tiempo
El último grupo se inicia energizado.
El número máximo de grupos es de 5
Para el método simplificado sirven 2 ó 3 grupos
Para el método completo tradicional sirven 4 ó 5 grupos
2.4.2. MÉTODO PASO A PASO 4
Con el método paso a paso se obtiene mayor rapidez de mando, debido a que el
montaje de las válvulas de memoria se realiza en paralelo, de modo que el suministro de
cada válvula se alimenta directamente de la red. La desventaja es que, para el mismo
número de salidas, con el método paso a paso se necesita una válvula de memoria
adicional, con relación al método de cascada.
4 Peláez Vara Jesús(2012). Neumática Industrial Diseño, selección y estudio de elementos neumáticos.
13
Para la realización del circuito de mando se deben seguir el siguiente procedimiento.
Paso 1. Se calcula el número de salidas que debe tener el circuito. La regla es que el
número de válvulas de memoria de este circuito es igual al número de salidas, de tal
manera que cada válvula determina una salida.
Paso 2. Todas las válvulas distribuidoras en la posición inicial están normalmente
cerradas a excepción la última válvula que da presión a la última línea, esta válvula está
en posición de normalmente abierta.
Paso 3. La última salida Sn, saca de servicio a la salida que le antecede Sn-1
En la siguiente Figura 2.4 , se representa el circuito de mando para cuatro salidas,
2
1 3
2
1 3
2
1 3
2
1 3
Figura. 2.4 Válvulas conectadas a líneas de presión.(2)
El método paso a paso no es aplicable a sistemas donde el mando exija un dispositivo
con dos salidas, puesto que una salida elimina la señal de la válvula anterior por lo que
ésta no se puede activar mediante la entrada correspondiente.
La finalidad del método paso a paso es impedir que ocurra simultaneidad de señales
neumáticas o sea aire a presión, en el momento que una señal cumpla su objetivo esta
debe ser eliminada, para este efecto se puede recurrir a un circuito que tenga el mismo
número de salidas como ordenes exija la secuencia, esto se conoce como paso máximo,
o dividir la secuencia en grupos, de modo que cada uno comprenda el mayor número de
letras y que en cada grupo no se repita ninguna letra, esto se conoce como paso a paso
14
mínimo.Para una mejor explicación del circuito de mando, se desarrollan los pasos
necesarios la resolver la secuencia A+ /A- B+ / B-
Dividimos la secuencia en grupos, el criterio para conformar los grupos es que cada
uno de los grupos comprenda el mayor número de letras y que en cada grupo no se
repitan las letras
Puesto que se han conformado tres grupos, entonces se tendrán tres líneas de presión,
cada una de las cuales alimenta una salida. En el estado inicial todas las válvulas están
cerradas excepto la última, que se encuentra en estado normalmente abierta. La salida
Sn, borra la salida Sn-1. De este modo se obtiene el circuito siguiente:
2
1 3
2
1 3
2
1 3
S 1
S 2
S 3
Figura. 2.5 .Válvulas cerradas.(2)
A continuación, se instalan los cilindros y las válvulas que los gobiernan, se debe tomar
en consideración que estos se alimentan directamente de la red de suministro de aire a
presión y no de la válvula de mando.
Se requiere realizar la siguiente secuencia de trabajo de un sistema neumático industrial
Dada por la ecuación: A+ B+ C- / C+ D+ / D- A- B-
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A1 A2CILINDRO A
B1 B2CILINDRO B
C1 C2CILINDRO C
D1 D2CILINDRO D
4 2
51
3
4 2
51
3
4 2
51
3
4 2
51
3
Figura.2. 6
A1 A2CILINDRO A
B1 B2CILINDRO B
C1 C2CILINDRO C
D1 D2CILINDRO D
4 2
51
3
4 2
51
3
4 2
51
3
4 2
51
3
2
1 3
2
1 3
2
1 3
Figura. 2.7.(3)
Paso 1: En el software Fluid Sim, configuramos el sistema conformado por cuatro
actuadores o sea cuatro cilindros, con sus respectivos reguladores de velocidad y válvulas
4/2 de accionamiento neumático, además los sensores de finales de carrera de cada
cilindro, tal como s muestra en la Figura 2.6
Paso 2: Por cada grupo de trabajo se debe instalar una línea de suministro de aire a
presión, con sus respectivas válvulas de control 3/2, para activar cada línea, con
accionamiento neumático, ósea son válvulas biestables. Estas válvulas deben ser
16
normalmente cerradas, a excepción de la última que debe ser normalmente abierta. Se
indica en la Figura 2.7
Paso 3.: Realizar las conexiones de tal manera que la primera válvula alimenta la
primera línea de presión, la segunda válvula la segunda línea de presión y la tercera válvula
la última línea de presión. De acuerdo a esta metodología paso a paso indica que la última
válvula debe quedar activando a la última línea de presión o el tercer grupo, así como la
válvula 3/2 activa su grupo correspondiente y prepara el siguiente grupo y desactiva el
grupo anterior. Si vemos la ecuación se tiene tres grupos,
A1 A2CILINDRO A
B1 B2CILINDRO B
C1 C2CILINDRO C
D1 D2CILINDRO D
4 2
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3
4 2
51
3
4 2
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1
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1
1
2
Figura. 2.8.(3)
Los finales de carrera C1 y D2, son los que hacen el cambio de grupo, dos señales
deben estar activas para que haya cambio de grupo, hacemos uso de la válvula lógica Y,
esta permite tener dos entradas de aire y una salida, esta prepara el siguiente grupo y
desactiva el anterior.
Luego instalamos los finales de carrera correspondientes al cambio de grupo, estos son:
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A1 A2CILINDRO A B1 B2
CILINDRO B
C1 C2CILINDRO C
D1 D2CILINDRO D
4 2
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3
4 2
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3
4 2
51
3
4 2
51
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1 3
2
1 3
2
1 3
1
1
2
1
1
2
1
1
2
2
1 3
B12
1 3
C1
2
1 3
D2
2
1 3
2
1 3
D1
2
1 3
A2
2
1 3
A12
1 3
B2
2
1 3
C2
A+ B+ C- / C+ D+ / D- A- B-
112 23 3
INICIO S1
Figura.2. 9.Fuente propia
La salida de esta válvula activa la válvula 3/2, y las entradas activan los grupos, así el
grupo 3 prepara el grupo 1, grupo 2 debe estar preparado por el grupo 1, grupo 3 debe estar
preparado por el grupo 2, la válvula debe ser desactivada por el siguiente grupo, así el
grupo 1 es desactivado por el grupo 2, el grupo 2 es desactivado por el grupo 3 y el grupo 3
es desactivado por el grupo1.
La operación del sistema se inicia al pulsar S1, de esta manera se presuriza la línea 1-1,
el cilindro C, parte de una posición con vástago extendido, Sale el cilindro A, hasta
alcanzar su máximo desplazamiento, haciendo que se active el final de carrera A2, el cual
18
activa la válvula 5/2 que controla al cilindro B. Se muestran la línea 1-1 que estará con
presión. Fig 2.10
A1 A2CILINDRO A B1 B2
CILINDRO B
C1 C2CILINDRO C
D1 D2CILINDRO D
4 2
51
3
4 2
51
3
4 2
51
3
4 2
51
3
2
1 3
2
1 3
2
1 3
1
1
2
1
1
2
1
1
2
2
1 3
B12
1 3
C1
2
1 3
D2
2
1 3
2
1 3
D1
2
1 3
A2
2
1 3
A12
1 3
B2
2
1 3
C2
A+ B+ C- / C+ D+ / D- A- B-
112 23 3
INICIO S1
Figura. 2.10 Circuito completo.Fuente propia
El las siguientes etapas se irán energizando las lineas 2-2 y 3-3, respectivamente, lo que
permite que en ningún instante haya en el circuito sobreposicion de señales y por tanto no
existira la posibiloidad de bloqueo ded señales y se garantiza la operación del circuito sin
problemas.
19
CAPITULO III:
SISTEMAS ELECTRONEUMÁTICOS
3.1 TECNOLOGÍA ELECTRONEUMÁTICA
La electroneumática ahora se usa comúnmente en muchas áreas de la automatización
industrial, siendo una razón su bajo costo. También se utilizan ampliamente en sistemas de
producción, ensamblaje, productos farmacéuticos, químicos. Hay un cambio significativo
en los sistemas de control. Los relés han sido reemplazados cada vez más por los
controladores lógicos programables para satisfacer la creciente demanda de automatización
más flexible.
El control electroneumático consiste en sistemas de control eléctrico que operan
sistemas de energía neumática. En este, las válvulas de solenoide se utilizan como interfaz
entre los sistemas eléctricos y neumáticos. Dispositivos como interruptores de final de
carrera y sensores de proximidad se utilizan como elementos de retroalimentación.
El control electroneumático integra tecnologías neumáticas y eléctricas, se usa más
ampliamente para aplicaciones grandes. En Electro Neumática, el medio de señal es la
señal eléctrica, ya sea que se utilice una fuente de CA o CC. El medio de trabajo es aire
comprimido. A menudo se utilizan voltajes de operación de alrededor de 12 V a 220
voltios. La válvula de control final se activa por accionamiento solenoide.
El restablecimiento de la válvula se realiza mediante un resorte o mediante otro
solenoide. Más a menudo, el accionamiento y restablecimiento de la válvula se logra
mediante un accionamiento de solenoide y por pilotaje, para reducir el tamaño y el costo de
la válvula.
El control del sistema electroneumático se realiza mediante una combinación de relés
y contactores o con la ayuda de controladores lógicos programables PLC. Un relé se
20
suele utilizar para el accionamiento de los solenoides de las electroválvulas. La entrada
de la señal de los sensores y los conmutadores a la cantidad de señales de salida, de las
válvulas ya sea normalmente cerrada o normalmente abierta. Por tanto, el
procesamiento de la señal se puede lograr fácilmente mediante combinaciones de relé y
contactor.
Se puede utilizar un controlador lógico programable el mando de las señales de salida
según la lógica de programación requerida, el retardo de tiempo y el funcionamiento
secuencial. Finalmente, las señales de salida se suministran a los solenoides activando las
válvulas de control finales que controlan el movimiento de varios cilindros. La mayor
ventaja de la electroneumática es la integración de varios tipos de sensores de proximidad
eléctricos y PLC para un control muy efectivo. Como la velocidad de la señal con la señal
eléctrica puede ser mucho mayor, el tiempo del ciclo se puede reducir y la señal se puede
transmitir a largas distancias.
En los controles electroneumáticos, se incluyen principalmente tres pasos importantes:
Dispositivos de entrada de señales: generación de señales, como interruptores y
contactores, varios tipos de sensores de contacto y de proximidad.
Procesamiento de señal: uso de una combinación de contactores de relé o controladores
lógicos programables
Entradas de salida de señal: las entradas de salida obtenidas después del procesamiento se
utilizan para la activación de solenoides, indicadores o alarmas.
Siete son los dispositivos eléctricos básicos utilizados comúnmente en el control de sistemas
de alimentación de fluidos son
3.2 DISPOSITIVOS DE UN SISTEMA ELECTRONEUMÁTICO5
Interruptores pulsadores de accionamiento manual
Interruptores de límite
5 Salvador Millán (2002) .Automatización neumática y oleohidráulica
21
Presostatos
Solenoides
Relés
Temporizadores
Interruptores de temperatura
Otros dispositivos utilizados en electroneumática son
Sensores de proximidad.
Contadores eléctricos.
3.2.1 INTERRUPTOR DE PULSADOR
Un botón pulsador es un interruptor que se usa para cerrar o abrir un circuito de
control eléctrico. Se utilizan principalmente para iniciar y detener el
funcionamiento de la maquinaria. También proporcionan anulación manual cuando
surge la emergencia. Los interruptores de botón pulsador se accionan presionando
el actuador en la carcasa. Esto hace que el conjunto de contactos se abra o se cierre.
Los pulsadores son de dos tipos: Pulsador momentáneo, pulsador de contacto o con
enclavamiento
El contacto de los pulsadores, distinguidos según sus funciones, Tipo normalmente
abierto (NO); Tipo normalmente cerrado (NC)
En el tipo NO, los contactos están abiertos en la posición normal, y no permite el
flujo de aire comprimido a través de ellos. Pero en la posición activada, los
contactos están cerrados, permitiendo que el aire comprimido fluya a través de
ellos. En el tipo NC, los contactos se cierran en la posición normal, lo que permite
el flujo de aire comprimido, a una presión de trabajo determinada.
Hay dos tipos de clasificación de interruptores de finales de carrera según el
mecanismo de accionamiento: Contactos accionados por palanca, contactos con
22
resorte
En los interruptores de límite tipo palanca, los contactos se operan lentamente. En
los interruptores de límite tipo resorte, los contactos se operan rápidamente.
3.2.3 PRESOSTATOS6
Un presóstato es un interruptor de presión que convierte la señal neumática en señal
eléctrica. Los interruptores de presión se utilizan para detectar un cambio en la
presión, y abre o cierra un interruptor eléctrico cuando se alcanza una presión
predeterminada. Se utilizan acumuladores o diafragmas para detectar el cambio de
presión. Los acumuladores o diafragmas se utilizan para expandirse o contraerse en
respuesta a un aumento o disminución de la presión. Cuando se aplica presión en la
entrada y cuando se alcanza la presión preestablecida, el diafragma se expande y
empuja el émbolo cargado por resorte para hacer / romper el contacto.
3.2.3 SOLENOIDES
Son válvulas de control direccional accionadas eléctricamente forman parte de la
interfaz entre los sistemas de control electroneumático. Las tareas más importantes de
los solenoides activados eléctricamente incluyen.: Conectar o desconectar suministro
de aire, extender o retraer los cilindros, de trabajo.
Las válvulas de control direccional accionadas eléctricamente se operan por medio de
los solenoides. Se pueden dividir en dos grupos: Las válvulas de retorno por resorte
solo permanecen en la posición activada mientras la corriente fluya a través del
solenoide, estas también se denominan válvulas monoestables. Las válvulas de doble
solenoide retienen la última posición de conmutación incluso cuando no fluye
corriente a través del solenoide.
6 Gea José Manuel (2005 ): Circuitos Básicos de ciclos Neumáticos y electroneumáticos .
23
En la posición inicial, todos los solenoides de una válvula de control direccional están
desactivados. Los niveles de voltaje posibles para los solenoides son 12 V DC, 12V
AC, 12 V 50/60 Hz, 24V 50/60 Hz, 110 / 120V 50/60 Hz, 220 / 230V
3.2.4 RELÉ7
Un relé es un interruptor de accionamiento electromagnético. Es un dispositivo
eléctrico simple utilizado para el procesamiento de señales. Los relés están diseñados
para soportar fuertes sobrecargas de energía y condiciones ambientales adversas.
Cuando se aplica una tensión a la bobina del solenoide, se genera un campo
electromagnético. Esto hace que la armadura sea atraída hacia el núcleo de la bobina. La
armadura acciona los contactos del relé, ya sea cerrándolos o abriéndolos, según el
diseño. Un resorte de retorno devuelve la armadura a su posición inicial cuando se
interrumpe la corriente a la bobina. Se puede incorporar un gran número de contactos de
control en los relés, en contraste con el caso de una estación de botón pulsador. Los
relés se designan generalmente como K1, K2 y K3, etc. Los relés también poseen una
capacidad de enclavar o bloquear u otro relé, lo cual se puede realizar mediante los
contactos auxiliares, que es una característica de seguridad importante en los circuitos
de control. El enclavamiento evita la activación simultánea de ciertas bobinas.
3.2.5 RELÉ TEMPORIZADOR8
Se requieren temporizadores en los sistemas de control para efectuar el retardo de
tiempo entre las operaciones de trabajo. Esto es posible retrasando la operación del
elemento de control asociado a través de un temporizador. La mayoría de los
temporizadores que utilizamos son temporizadores electrónicos. Hay dos tipos de relé:
Con retardo a la conexión y con retardo a la desconexión.
En el temporizador de retardo a la conexión, cuando se presiona el botón
7 Gea José Manuel (2005 ): Circuitos Básicos de ciclos Neumáticos y electroneumáticos .
8 Gea José Manuel (2005 ): Circuitos Básicos de ciclos Neumáticos y electroneumáticos .
24
(ENCENDIDO), el condensador C se carga a través un potenciómetro que es una
resistencia variable, y el diodo incorporado está polarizado en sentido inverso. El
tiempo que se tarda en cargar el capacitor depende de la resistencia del potenciómetro y
de la capacitancia (C) del capacitor. Al ajustar la resistencia del potenciómetro, se puede
configurar el retardo de tiempo requerido. Cuando el capacitor está suficientemente
cargado, la bobina K se energiza y sus contactos se operan después del tiempo
establecido. Cuando se suelta (OFF) el botón pulsador, el condensador se descarga
rápidamente a través de una pequeña resistencia (R2) cuando el diodo pasa por la
resistencia, y los contactos del relé (K) regresan a su posición normal sin ningún retraso.
En el temporizador con retardo a la desconexión , los contactos se operan sin demora
cuando se presiona el botón (ENCENDIDO). Los contactos vuelven a la posición
normal después del tiempo establecida cuando se suelta el botón (OFF).
3.2.6 INTERRUPTOR DE TEMPERATURA
Los interruptores de temperatura detectan automáticamente un cambio en la
temperatura y abren o cierran un interruptor eléctrico cuando se alcanza una
temperatura predeterminada. Este interruptor puede cablearse normalmente abierto o
normalmente cerrado.
3.2.7 INTERRUPTORES DE PROXIMIDAD TIPO REED.
Los interruptores Reed son interruptores de proximidad accionados magnéticamente.
Los interruptores de láminas son similares a los relés, excepto que se usa un imán
permanente en lugar de una bobina.
Los interruptores de láminas comprenden dos lengüetas ferromagnéticas colocadas
con un espacio intermedio y herméticamente selladas en un tubo de vidrio. El tubo de
vidrio se llena con gas inerte para evitar la activación de los contactos. Las superficies
de los contactos de láminas están recubiertas con rodio o iridio. Toda la unidad está
25
encapsulada en resina epoxi para evitar daños mecánicos al interruptor. También se les
proporciona un indicador LED para mostrar su estado de conmutación.
Cuando el imán está fuera, el interruptor está abierto, pero cuando el imán se acerca, el
interruptor está cerrado. El interruptor de lámina es operado por el campo magnético de
una bobina energizada o un imán permanente que induce polos norte (N) y sur (S) en las
cañas. Los contactos de lengüeta están cerrados por esta fuerza de atracción magnética.
Cuando se elimina el campo magnético, la elasticidad de lámina provoca que los
contactos abran el circuito. El interruptor de lámina del tipo de transferencia
normalmente está ENCENDIDO, debido a la polarización mecánica del cable común
(COM), que se encuentra entre el contacto de lámina normalmente cerrado (N.C) y los
contactos de lámina normalmente abiertos (N.O).
El interruptor de láminas de dos cables consta de dos lengüetas. Una de las láminas está
conectada a la terminal positiva de la fuente de alimentación eléctrica y la otra está
conectada a la salida de señal. El cable de lámina de tres hilos consta de tres contactos
de lámina. Una está conectada a terminal positivo de alimentación eléctrica. El segundo
está conectado al terminal negativo del suministro eléctrico y el tercero está conectado a
la salida de señal.
Las ventajas de los interruptores de láminas son: Los interruptores de láminas son
baratos, tienen una larga vida útil. Tienen un tiempo de conmutación más corto (del
orden de 0.2 a 0.3 milisegundos), son compactos y libres de mantenimiento.
Las desventajas de los interruptores de láminas son: No se pueden utilizar en entornos
sujetos a campos magnéticos, como máquinas de soldadura por resistencia, el cierre de
los contactos en el interruptor de láminas está sujeto a bloqueos.
3.2.8 SENSORES ELECTRÓNICOS9
9 Salvador Millán (2002) .Automatización neumática y oleohidráulica
26
Los interruptores de proximidad inductivos, ópticos y capacitivos son sensores
electrónicos. Normalmente tienen tres contactos eléctricos. Un contacto para la tensión
de alimentación a 24 voltios, otro para la conexión a tierra 0 voltios y tercero para la
señal de salida que controla.
En estos sensores, no se conmuta ningún contacto móvil. En cambio, la salida está
conectada eléctricamente a la tensión de alimentación o a tierra. Hay dos tipos de
sensores electrónicos con respecto a la polaridad de la tensión de salida.
Sensores de conmutación positivos: En este el voltaje de salida es cero si no se detecta
ninguna parte en la proximidad. La aproximación de una pieza de trabajo o una pieza de
una máquina lleva a conmutar la salida, aplicando la tensión de alimentación.
Sensores de conmutación negativos: En este caso, la tensión de alimentación se aplica a
la salida si no se detecta ninguna parte en la proximidad. La aproximación de una pieza
de trabajo o una pieza de una máquina lleva a conmutar la salida, cambiando la tensión
de salida a 0 voltios.
a) Sensores inductivos
b) El sensor inductivo usa corrientes inducidas por el campo magnético para
detectar los objetos metálicos cercanos. El sensor inductivo utiliza una bobina o
inductor para generar un campo magnético de alta frecuencia. Si hay un objeto
metálico cerca del campo magnético variable, la corriente fluirá en el objeto. Este
flujo de corriente resultante configura un nuevo campo magnético que se opone
al campo magnético original. El efecto neto es que cambia la inductancia de la
bobina en el sensor inductivo. Al medir la inductancia, el sensor puede
determinar cuándo un metal se ha acercado.
Estos sensores detectarán cualquier metal, cuando se detecten múltiples tipos de
metales, se utilizan múltiples sensores. Además de los metales, también se puede
27
detectar el grafito. Es importante tener en cuenta que estos trabajos configuran un
campo de alta frecuencia. Si un objetivo se acerca al campo inducirá corrientes
parásitas de Foucault. Estas corrientes consumen energía debido a la resistencia,
por lo que la energía que está en el campo se pierde y la amplitud de la señal
disminuye. El detector examina la magnitud archivada para determinar cuándo se
ha reducido lo suficiente como para cambiar
c) Los sensores pueden detectar objetos a pocos centímetros. Pero, la dirección al
objeto puede ser arbitraria. Las ventajas de los sensores de proximidad son: Son
autónomos, robustos y extremadamente fiables., tienen una larga vida útil. tienen
un tiempo de cambio más corto. Son compactos y libres de mantenimiento
Las desventajas de los sensores de proximidad son: Al igual que los interruptores de
láminas, no se pueden utilizar en entornos sujetos a campos magnéticos como máquinas de
soldadura por resistencia.
Los sensores de proximidad se pueden usar para varias aplicaciones, que incluyen:
Detección de la posición final de los actuadores lineales como cilindros y
actuadores semi rotativos.
Se utilizan para detectar piezas metálicas en el transportador. Eso es presencia o
ausencia de pieza de trabajo sobre transportador.
Se utilizan en prensa para detectar la posición final.
Se usan para monitorear la rotura de la perforación mientras se perfora.
También se utilizan como dispositivos de retroalimentación en dispositivos de
medición de velocidad.
Factores que influyen en la distancia de detección.
La distancia de conmutación de los sensores inductivos depende de la conductividad
y la permeabilidad de la parte metálica cuya presencia o ausencia debe detectarse. Esta
28
distancia varía con la composición del material del objeto, con tomas de acero suave
como el material para referencia estándar. Esto se describe mediante el factor de
reducción. El factor de reducción es el factor por el cual el rango de detección del
sensor inductivo se reduce en función de la composición del material del objeto de la
detección, en comparación con el acero.
Otro factor que afecta el rango de detección de los sensores inductivos es el diámetro
de la bobina de detección. Un sensor pequeño con un diámetro de bobina de 18 mm
tiene un rango típico de 1 mm, mientras que un sensor grande con un diámetro de
núcleo de 75 mm tiene un rango de detección de hasta 50 mm o incluso más
b) Sensores capacitivos
Los sensores capacitivos son capaces de detectar la mayoría de los materiales a
distancias de hasta unos pocos centímetros.
En el sensor el área de las placas y la distancia entre ellas es fija. Sin embargo, la
constante dieléctrica del espacio a su alrededor variará a medida que el material se
acerque al sensor. Se utiliza un campo oscilante para determinar la capacitancia de las
placas. Cuando esto cambia más allá de la sensibilidad seleccionada, la salida del sensor
se activa.
Para el sensor capacitivo, la proximidad de cualquier material cerca de los electrodos
aumentará la capacitancia. Esto variará la magnitud de la señal oscilante y el detector
decidirá cuándo es lo suficientemente grande como para determinar la proximidad.
Estos sensores funcionan bien para aisladores (como los plásticos) que tienden a tener
altos coeficientes dieléctricos, lo que aumenta la capacitancia. Pero, también funcionan
bien con los metales porque los materiales conductores en el objetivo aparecen como
electrodos más grandes, lo que aumenta la capacidad. En total, los cambios de
capacitancia son normalmente del orden de los pico faradios.
29
Las ventajas de los sensores de proximidad son: Son ampliamente utilizados debido a su
capacidad para reaccionar con una amplia gama de materiales. Son adecuados para la
detección de objetos no metálicos. Se pueden usar para detectar y monitorear el nivel en
contenedores de almacenamiento.
Las desventajas de los sensores de proximidad son: Son sensibles especialmente en
ambientes húmedos. Sin el anillo compensador, el sensor sería muy sensible a la
suciedad, el aceite y otros contaminantes que podrían adherirse al sensor. Sensores de
proximidad ópticos.
Los sensores de luz se han utilizado durante casi un siglo: originalmente se usaban
fotocélulas para aplicaciones como la lectura de pistas de audio en imágenes en
movimiento. Pero los sensores ópticos modernos son mucho más sofisticados.
Los sensores ópticos requieren tanto una fuente de luz emisor como un detector. Los
emisores producirán haces de luz en los espectros visibles e invisibles utilizando LED y
diodos láser. Los detectores se construyen típicamente con fotodiodos o fototransistores.
El emisor y el detector se colocan de manera que un objeto bloquee o refleje un rayo
cuando esté presente.
El haz de luz se genera, enfocado a través de una lente. En el lado del detector, el haz se
enfoca en el detector con una segunda lente. Si el haz se rompe, el detector indicará que
hay un objeto presente. La onda de luz oscilante se utiliza para que el sensor pueda
filtrar la luz normal de la habitación. La luz del emisor se enciende y apaga a una
frecuencia establecida. Cuando el detector recibe la luz, verifica que esté en la misma
frecuencia. Si se recibe luz en la frecuencia correcta, entonces el haz no se rompe. La
frecuencia de oscilación está en el rango de KHz, y es demasiado rápida.
Un efecto secundario del método de frecuencia es que los sensores se pueden usar con
menor potencia a distancias más largas.
30
Se puede configurar un emisor para que apunte directamente a un detector, esto se
conoce como modo opuesto. Cuando se rompe la viga se detectará la parte. Este sensor
necesita dos componentes separados. Esta disposición funciona bien con objetos opacos
y reflectantes con el emisor y el detector separados por distancias de hasta
considerables.
Tener el emisor y el detector separados aumenta los problemas de mantenimiento y
se requiere alineación separada. Una solución preferida es alojar el emisor y el detector
en una unidad. Pero, esto requiere que la luz se refleje nuevamente. Estos sensores son
adecuados para objetos más grandes a una distancia mayor.
El emisor emite un haz de luz. Si la luz es devuelta por el reflector, la mayor parte
del haz de luz se devuelve al detector. Cuando un objeto interrumpe el haz entre el
emisor y el reflector, el haz ya no se refleja de nuevo en el detector y el sensor se activa.
Un problema potencial con este sensor es que los objetos reflectantes podrían devolver
un buen haz. Este problema se soluciona polarizando la luz en el emisor y luego
utilizando un filtro polarizado en el detector. El reflector utiliza pequeños reflectores
cúbicos y cuando la luz se refleja, la polaridad gira 90 grados. Si la luz se refleja en el
objeto, la luz no se girará 90 grados. Por lo tanto, los filtros polarizadores en el emisor y
el detector giran 90 grados. Para los reflectores retro, los reflectores son bastante fáciles
de alinear, pero este método aún requiere dos componentes montados. Un sensor difuso
es una unidad única que no usa un reflector, pero usa luz enfocada.
Con la reflexión difusa se dispersa la luz. Esto reduce la cantidad de luz devuelta.
Como resultado, la luz necesita ser amplificada usando lentes
Sensores difusos
Los sensores difusos usan luz enfocada en un rango dado, y se usa un ajuste de
sensibilidad para seleccionar una distancia. Estos sensores son los más fáciles de
31
configurar, pero requieren condiciones bien controladas. Por ejemplo, si es para recoger
objetos de colores claros y oscuros, se producirían problemas.
Cuando se utilizan sensores de modo opuesto, el emisor y el detector deben alinearse
de modo que el haz del emisor y la ventana del detector se superpongan. Los haces
emisores normalmente tienen una forma de cono con un pequeño ángulo de divergencia,
unos pocos grados de menos. Los detectores también tienen un volumen de detección en
forma de cono. Por lo tanto, al alinear el modo opuesto, se requiere cuidado, no solo
para apuntar el emisor al detector, sino también el detector hacia el emisor. Otro factor
que debe considerarse con este y otros sensores es que la intensidad de la luz disminuye
con la distancia, por lo que los sensores tendrán un límite a la distancia de separación.
Si un objeto es más pequeño que el ancho del haz de luz, no podrá bloquearlo
completamente cuando esté en frente. Esto creará dificultades en la detección, o
posiblemente detendrá la detección por completo. Las soluciones a este problema son
utilizar vigas más estrechas u objetos más anchos. Los cables de fibra óptica se pueden
usar con un sensor óptico de modo opuesto para resolver este problema, sin embargo, la
distancia efectiva máxima aproximadamente 50 centímetros.
Los sensores separados pueden detectar partes reflectantes utilizando la reflexión. El
emisor y el detector se colocan de manera que cuando una superficie reflectante está en
posición, la luz regresa al detector. Cuando la superficie no está presente la luz no
regresa
Otros tipos de sensores ópticos también pueden enfocar en un solo punto utilizando
haces que convergen en lugar de divergir. El haz del emisor se enfoca a una distancia de
modo que la intensidad de la luz es mayor en la distancia focal. El detector puede mirar
el punto desde otro ángulo para que las dos líneas centrales del emisor y el detector se
crucen en el punto de interés. Si hay un objeto presente antes o después del punto focal,
32
el detector no verá la luz reflejada. Esta técnica también se puede usar para detectar
múltiples puntos y rangos, donde el ángulo neto de refracción de la lente determina qué
detector se usa. Este tipo de enfoque, con muchos más detectores, se utiliza para los
sistemas de detección de rango.
Algunas aplicaciones no permiten el uso de sensores fotoeléctricos. La fibra óptica se
puede utilizar para separar los emisores y detectores de la aplicación. Algunos
proveedores también venden fotosensores que tienen los fototransistores y los LED
separados de la electrónica.
3.2.9 CONTADORES ELÉCTRICOS.10
Un contador eléctrico consta de una bobina, circuitos y contactos asociados, una
bobina de reinicio, reinicio manual, botón de liberación y una ventana de visualización
Contador ascendente: Un contador ascendente cuenta la señal eléctrica desde cero. Para
cada entrada de pulso de conteo eléctrico a una bobina de contador ascendente, el valor
del contador se incrementa en 1.
10 Salvador Millán (2002) .Automatización neumática y oleohidráulica
33
3.3. MÉTODOS DE CONTROL DE CIRCUITOS
ELECTRONEUMÁTICOS11
3.3.1 MÉTODO PASO A PASO
Figura. 3.1.Circuto de control
Realizaremos el diseño del control electroneumático de 5 cilindros de doble efecto
mediante válvulas biestables. La secuencia a realizar será:
11 Felip Roca Ravell (2005) Oleohidráulica Básica, diseño de circuitos
42
13
Y2
Y1
CIL
A
42
13
Y4
Y3
CIL
I B
42
13
Y6
Y5
CIL
C
42
13
Y8
Y7
CIL
D
42
13
Y10
Y9
CIL
ES
1S
2S
3S
4S
5S
6S
7S
8S
9S
10
+24V
0V
3 4
S9
3 4
K2
1 2
K1
A1
A2
K1
3 4
K1
3 4
K3
1 2
K2
A1
A2
K2
3 4
K2
3 4
K4
1 2
K3
A1
A2
K3
3 4
K3
3 4
K5
1 2
K4
A1
A2
K4
3 4
S4
3 4
S6
3 4
S2
3 4
K4
3 4
K1
1 2
K5
A1
A2
K5
3 4
S3
3 4
K1
3 4
Y7
Y4S7
3 4
K2
3 4
Y1
Y6S1
3 4
K3
3 4
Y8
Y10S
8
3 4
Y2S10
3 4
K4
3 4
Y5
Y3S5
3 4
K5
3 4
Y9
12
34
56
78
910
1112
1315
1819
20
2 3 11
94 5 13
16 7 15
38 9 18
510 20
7
34
D - B+ /A- C+/D+ E+ A+/C- B- / E-
La construcción del sistema se realiza de la siguiente manera:
35
Figura. 3.2.Funte propia
42
13
Y2
Y1
CIL
A
42
13
Y4
Y3
CIL
I B
42
13
Y6
Y5
CIL
C
42
13
Y8
Y7
CIL
D
42
13
Y10
Y9
CIL
ES
1S
2S
3S
4S
5S
6S
7S
8S
9S
10
36
Instalación de los cilindros A,B,C,D y E , con sus respectivos finales de carrera del S1 al
S10. Ver Figura 3.2
Figura. 3.3 Conexión de los relés.Fuente propia
+24V
0V
3 4
S9
3 4
K2
1 2
K1
A1
A2
K1
3 4
K1
3 4
K3
1 2
K2
A1
A2
K2
3 4
K2
3 4
K4
1 2
K3
A1
A2
K3
3 4
K3
3 4
K5
1 2
K4
A1
A2
K4
3 4
S4
3 4
S6
3 4
S2
3 4
K4
3 4
K1
1 2
K5
A1
A2
K5
3 4
S3
3 4IN
ICIO
S1
12
34
56
78
910
2 3 11
94 5 13
16 7 15
38 9 18
510
20
7
37
Además, las 5 válvulas electroneumáticas con solenoides Y1 al Y10. Luego se realiza el
modelado del circuito de control, entre los niveles de tensión 0 voltios y 24 voltios. El
sistema será de mando indirecto. Para la energización del sistema se instala el Push Boton,
dos obturadores uno abierto y otro normalmente cerrado, además un contacto normalmente
abierto del relé K1 en paralelo con el botón de inicio. El primer obturador es el final de
carrera S9 por ser el último elemento de la secuencia, se instala un contacto cerrado del
relé K2, con el propósito de prever que pueda haber superposición de señales. El push
botton se cambia por el sensor del grupo anterior. Se instala un sensor del grupo actual y
otro del grupo anterior y un obturador normalmente cerrado del siguiente grupo, en serie
con otro obturador del grupo siguiente. Esta estructura se repite 4 veces, siguiendo la regla,
que el grupo actual desactiva el grupo anterior y prepara el siguiente grupo. La primera
parte del circuito de control consta de 5 relés.
A continuación, se instalan los solenoides para la activación de las válvulas de control
de los cilindros, lo cual conforma el circuito de potencia o de fuerza.
K1
3
4
Y7Y4
S7
3
4
K2
3
4
Y1Y6
S1
3
4
K3
3
4
Y8Y10
S8
3
4
Y2
S10
3
4
K4
3
4
Y5Y3
S5
3
4
K5
3
4
Y9
11 13 15 18 19 20
Figura. 3.4:Conexión de solenoides.(3)
El sistema se inicia como se muestra la Fig.3.4, los cilindros A y D, están con los
vástagos desplazados en su máxima extensión. El número de válvulas solenoide por cada
38
grupo es igual al número de movimientos que se realizan en este grupo, el último grupo
solo consta de un elemento. Los cilindros A y D empiezan en posición desplazada. A
continuación, se muestra todo el sistema de control.
39
Figura. 3.5.Desplazamiento de cilindros(3)
42
13
Y2
Y1
CIL
A
42
13
Y4
Y3
CIL
I B
42
13
Y6
Y5
CIL
C
42
13
Y8
Y7
CIL
D
42
13
Y10
Y9
CIL
ES
1S
2S
3S
4S
5S
6S
7S
8S
9S
10
40
El sistema total consta de un circuito de fuerza y el sistema de control de proceso
automatizado.
Figura.3.6.Control de proceso
+24V
0V
3 4
S9
3 4
K2
1 2
K1
A1 A2
K1
3 4
K1
3 4
K3
1 2
K2
A1 A2
K2
3 4
K2
3 4
K4
1 2
K3
A1 A2
K3
3 4
K3
3 4
K5
1 2
K4
A1 A2
K4
3 4
S4
3 4
S6
3 4
S2
3 4
K4
3 4
K1
1 2
K5
A1 A2
K5
3 4
S3
3 4
K1
3 4
Y7Y4S7
3 4
K2
3 4
Y1Y6S1
3 4
K3
3 4
Y8Y1
0S8
3 4
Y2S10
3 4
K4
3 4
Y5Y3S5
3 4
K5
3 4
Y9
INIC
IO S
1
12
34
56
78
910
1113
1518
1920
2 3 11
94 5 13
16 7 15
38 9 18
510 20
7
41
Luego se muestra la simulación de un ciclo de trabajo, que está controlado por la
siguiente ecuación de movimiento D - B+ /A- C+/D+ E+ A+/C- B- / E-
Al pulsar S1, se energiza la bobina del relé K1 y se cierra un contacto abierto de k1,que
permitirá que se active el solenoide Y7 , que controla el regreso del vástago del cilindro D,
al alcanzar la posición totalmente retraída se activa el final de carrera S7, que activa el
solenoide Y4 que permite la salida del vástago del cilindro B, el circuito de alimentación
de este relé se autosostiene, se cerrará otro contacto abierto del relé que permitirá energizar
el relé K2 además
Al alcanzar su máximo desplazamiento el vástago del cilindro B, activa el final de
carrera S4 que energiza el relé K2, se muestra la secuencia de operación del sistema, que
hace retroceder al cilindro A,
42
Figura. 3.7.Secuencia de operación del sistema.Fuente propia
42
13
Y2
Y1
CIL
A
42
13
Y4
Y3
CIL
I B
42
13
Y6
Y5
CIL
C
42
13
Y8
Y7
CIL
D
42
13
Y10
Y9
CIL
E
S1
S2
S3
S4
S5
S6
S7
S8
S9
S10
+24V
0V
3 4
S9
3 4
K2
1 2
K1
A1
A2
K1
3 4
K1
3 4
K3
1 2
K2
A1
A2
K2
3 4
K2
3 4
K4
1 2
K3
A1
A2
K3
3 4
K3
3 4
K5
1 2
K4
A1
A2
K4
3 4
S4
3 4
S6
3 4
S2
3 4
K4
3 4
K1
1 2
K5
A1
A2
K5
3 4
S3
3 4
K1
3 4
Y7
Y4S7
3 4
K2
3 4
Y1
Y6S1
3 4
K3
3 4
Y8
Y10S8
3 4
Y2S10
3 4
K4
3 4
Y5
Y3S5
3 4
K5
3 4
Y9
12
34
56
78
910
11
13
15
18
19
20
2 3 11
94 5 13
16 7 15
38 9 18
510
20
7
43
Se llega finalmente a esta posición inicial
En la posición inicial el sistema queda desenergizado, tal como se muestra en la siguiente
Figura 3.8
4 2
1 3
Y2 Y1
CIL A
4 2
1 3
Y4 Y3
CILI B
4 2
1 3
Y6 Y5
CIL C
4 2
1 3
Y8 Y7
CIL D
4 2
1 3
Y10 Y9
CIL ES1 S2 S3 S4S5 S6 S7 S8
S9 S10
+24V
0V
3
4
S9
3
4
K2
1
2
K1
A1
A2
K1
3
4
K1
3
4
K3
1
2
K2
A1
A2
K2
3
4
K2
3
4
K4
1
2
K3
A1
A2
K3
3
4
K3
3
4
K5
1
2
K4
A1
A2
K4
3
4
S4
3
4
S6
3
4
S2
3
4
K4
3
4
K1
1
2
K5
A1
A2
K5
3
4
S3
3
4
K1
3
4
Y7Y4
S7
3
4
K2
3
4
Y1Y6
S1
3
4
K3
3
4
Y8Y10
S8
3
4
Y2
S10
3
4
K4
3
4
Y5Y3
S5
3
4
K5
3
4
Y9
INICIO S1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 13 15 18 19 20
2311
9 4513
1 6715
3 8918
5 1020
7
Figura. 3.8.Circuito de desenergizado. Fuente propia
3.3.2 MÉTODO CASCADA
Realizaremos el diseño de control eléctrico mediante relés de tres cilindros de doble efecto,
con válvulas biestables. Realizaremos la secuencia : A+ C- C+ B- A- B+
El sistema consta de dos partes, el circuito de potencia o de trabajo que se muestra en la
Figura 3.9
4 2
1 3
Y1 Y2
4 2
1 3
Y3 Y4
4 2
1 3
Y5 Y6
A1 A2 B1 B2C1 C2
Figura 3.9.Cilindros de doble efecto.(3)
El circuito de fuerza, conformado por relés, del K1 al K4
44
4 2
1 3
Y1 Y2
4 2
1 3
Y3 Y4
4 2
1 3
Y5 Y6
A1 A2 B1 B2C1 C2
0V
3
4
B2
3
4
K1
A1
A2
K1
3
4
K1
3
4
K2
A1
A2
K2
3
4
K2
3
4
K3
A1
A2
K3
3
4
A2
3
4
C1
3
4
K2
1
2
K3
1
2K4
1
2
K4
A1
A2
B1
3
4
K3
3
4
Y5 Y4 Y6 Y1 Y2Y3
K3
3
4
C2
3
4
K3
1
2
K2
3
4
K2
1
2
K1
3
4
A1
3
4
+24V
K1
1
2
1 2 3 4 5 6 7 8 9
10
11
12 13
2311
12 4510
111
678
310
5
Figura3.10.Circuito de fuerza.(3)
El circuito de solenoides del Y1 al Y6, para el control de los cilindros de doble efecto
4 2
1 3
Y1 Y2
4 2
1 3
Y3 Y4
4 2
1 3
Y5 Y6
A1 A2 B1 B2C1 C2
0V
3
4
B2
3
4
K1
A1
A2
K1
3
4
K1
3
4
K2
A1
A2
K2
3
4
K2
3
4
K3
A1
A2
K3
3
4
A2
3
4
C1
3
4
K2
1
2
K3
1
2K4
1
2
K4
A1
A2
B1
3
4
K3
3
4
Y5 Y4 Y6 Y1 Y2Y3
K3
3
4
C2
3
4
K3
1
2
K2
3
4
K2
1
2
K1
3
4
A1
3
4
+24V
K1
1
2
1 2 3 4 5 6 7 8 9
10
11
12 13
2311
12 4510
111
678
310
5
Figura 3.11.Control de cilindros de doble efecto.(3)
En la Figura 3.12 se muestra el circuito completo. La posición inicial es de los cilindros B
y C, en posición desplazada, por tanto, el fin de carrera B2 está en posición cerrada.
45
Figura 3.12.Posiscion de cilindros.(3)
Al presionar el pulsador de inicio se energiza el relé K1, que controla al solenoide Y1, por
tanto el vástago del cilindro A, alcanza su máximo desplazamiento, y el final de carrera A2
que cierra el contacto K2 que controla el solenoide Y6 que posibilita el retorno del cilindro C,
que en su carrera de retorno presiona el final de carrera C1 y el relé K3 se energiza, por tato se
activa el solenoide Y5 que hace que el cilindro C retorne a su posición inicial.
42
13
Y1
Y2
42
13
Y3
Y4
42
13
Y5
Y6
A1
A2
B1
B2
C1
C2
0V
3 4
B2
3 4
K1
A1
A2
K1
3 4
K1
3 4
K2
A1
A2
K2
3 4
K2
3 4
K3
A1
A2
K3
3 4
A2
3 4
C1
3 4
K2
1 2
K3
1 2K
4
1 2
K4
A1
A2
B1
3 4
K3
3 4
Y5
Y4
Y6
Y1
Y2
Y3
K3
3 4
C2
3 4
K3
1 2
K2
3 4
K2
1 2
K1
3 4
A1
3 4
+24V
K1
1 2
12
34
56
78
10
11
12
2 3 11
124 5 10
1 116 7 8
3 105
46
Luego B retorna su posición retraída, finalmente B y A alcanzan su estado inicial.
47
CAPITULO IV:
TECNOLOGÍA NO CABLEADA
4.1 INTRODUCCIÓN
Un controlador lógico programable (PLC) es esencialmente un microprocesador y
pertenece a la tecnología no cableada, es fácil de usar, que consiste de dos partes la parte
física o sea el hardware y la parte lógica que es el software, diseñado para controlar el
funcionamiento de los equipos y procesos industriales. Una ventaja importante del PLC es
que puede programarse y reprogramarse fácilmente. El PLC tiene un impacto tremendo en
el control e instrumentación industrial debido a su alta confiabilidad y flexibilidad en las
etapas de diseño e implementación. El costo decreciente del microprocesador con
instalaciones crecientes en ellos está actuando como un catalizador en su amplio espectro
de aplicaciones. En los últimos años, se están utilizando PLC en lugar de relés
electromecánicos o controladores lógicos operados por levas para controlar los sistemas de
alimentación de fluidos. Los PLC de hoy en día se desarrollan en un componente de
sistema de control sofisticado y altamente versátil capaz de realizar funciones matemáticas
complejas y operar a altas velocidades de microprocesador.
4.2 DEFINICIÓN12
El PLC se puede definir como un dispositivo electrónico digital que utiliza una
memoria programable para almacenar instrucciones e implementar funciones como
lógica, secuenciación, conteo, temporización y aritmética para controlar la máquina, los
procesos y la instrumentación.
El PLC es una computadora digital fácil de usar que se usa para tomar decisiones
lógicas y proporcionar resultados. Se compone de elementos digitales de estado sólido y
es un reemplazo de los relés electromecánicos de cableado para controlar sistemas
12 Salvador Millán (2002) .Automatización neumática y oleohidráulica
48
neumáticos.
El término "controlador lógico programable" se define de la siguiente manera en IEC
1131 estándar de PLC, como:
"Un sistema electrónico de funcionamiento digital, diseñado para su uso en un
entorno industrial, que utiliza una memoria programable para el almacenamiento interno
de instrucciones orientadas al usuario para implementar funciones específicas como
lógica, secuenciación, temporización, conteo y aritmética, para controlar a través de
digital o Entradas y salidas analógicas, varios tipos de máquinas o procesos. "Tanto la
PC como sus periféricos asociados están diseñados para que puedan integrarse
fácilmente en un sistema de control industrial y se utilicen fácilmente en todas sus
funciones previstas"
PLC es bastante similar a las computadoras digitales.
También tienen ciertas características que son específicas de los controladores lógicos.
Son:
Los PLC son resistentes y están diseñados para soportar vibraciones, temperatura,
humedad y ruido
La interfaz de entrada y salida es parte del controlador.
Son fácilmente programables y utilizan principalmente funciones de lógica y conmutación
4.3 SISTEMAS DE CONTROL CABLEADOS
En los sistemas de control cableados, se utilizan relés.
Por ejemplo: El cableado de elementos de control como sensores, solenoides,
contadores, etc. se realiza a través del control de relés. Dichos sistemas controlados por
relé también se denominan sistemas de control cableados debido a que cualquier
modificación en el programa de control implica el cableado del circuito. Por lo tanto, los
controles cableados son incómodos y difíciles de modificar cuando los requisitos de
49
producción cambian regularmente. Control cableado los sistemas son difíciles de mantener
porque cualquier pequeño problema en el diseño podría ser un problema importante en
términos de rastreo y reacondicionamiento.
Los sistemas de control cableados consisten en tres divisiones:
Sección de entrada: consta de botones, interruptores y sensores de presión.
Transfieren señales a la sección de procesamiento.
Sección de procesamiento - Consta de bobinas de relé y contactos. Determinaron la
relación entre las entradas recibidas y las salidas requeridas.
Sección de salida: consta de solenoides, lámparas, bobinas de contactor, etc. Las
señales procesadas se transfieren a esta sección.
4.4. SISTEMAS DE PLC.
Los sistemas de PLC ofrecen varias ventajas sobre los sistemas de control de relé
electromecánicos cableados. A diferencia de los relés electromecánicos, los PLC no
están cableados para realizar funciones específicas. Por lo tanto, cuando los requisitos
de operación del sistema cambian, un programa de software se cambia fácilmente en
lugar de tener que volver a cablear los relés físicamente. Además, los PLC son más
confiables, más rápidos en operación, más pequeños en tamaño y se pueden expandir
fácilmente.
4.5 PRINCIPALES COMPONENTES DEL PLC
Como se mencionó anteriormente, un PLC es esencialmente un microordenador que
consiste en hardware y software. Los componentes principales son: Módulo de fuente
de alimentación, módulo de entrada, Unidad central de procesamiento, módulos de
salida, Software
a) Módulo de alimentación:
50
b) Por lo general, los módulos de entrada de entrada requieren 24 VCC y el
procesador requiere 5 VCC. Por lo general, la fuente de alimentación es parte
integral del PLC. Las unidades de fuente de alimentación convierten el voltaje de
línea de 120/230 V CA a un suministro estándar de 24 VCC o 5 V CC utilizando
circuitos rectificadores estándar
b) módulo de entrada
Los dispositivos de entrada incluyen botones pulsadores, sensores,
potenciómetros, interruptores de presión. La función del módulo de entrada es
convertir las altas tensiones de los dispositivos de entrada a las tensiones lógicas
de bajo nivel que la CPU utiliza internamente para el procesamiento.
El módulo de entrada puede procesar tanto entrada analógica como entrada
digital. Las entradas digitales son las más preferidas en la industria.
c) El módulo de entrada analógica. Se utiliza para convertir señales analógicas
de dispositivos analógicos, como sensores de temperatura, sensores de presión,
etc., en señales digitales utilizando ADC (analógico a convertidor digital). La
señal analógica varía el voltaje en el rango de 0-12 V o la corriente en el rango de
5-20 mA. Estos valores de corriente o voltaje se convierten en valores enteros
(por ejemplo, palabra de 16 bits)
Digital `se utiliza para convertir la entrada digital de señal a señales digitales de 5
V que la CPU utiliza internamente para ejecutar un programa de usuario.
d) Unidad central de procesamiento.
La unidad central de procesamiento controla y procesa todas las operaciones
dentro del PLC y, por lo tanto, se denomina cerebro del PLC. La CPU puede
realizar varias funciones de aritmética y manipulación de datos con las secciones
de entrada / salida local y remotamente ubicadas. Además, el procesador puede
51
realizar muchas funciones de comunicación que necesita para interactuar con una
computadora personal, entrada / salida remota, otros PLC y dispositivos
periféricos
Las funciones de la CPU son: Recibe entrada de varios dispositivos de detección
e interruptores, ejecuta el programa de usuario, toma varias decisiones para
controlar el funcionamiento del equipo o proceso, puede realizar diversas
funciones aritméticas y de manipulación de datos. Envía señales de salida
correspondientes a varios dispositivos de control de carga, como bobinas de relé
y solenoides
e) módulo de salida
Los dispositivos de salida incluyen bobinas de contactor, bobinas de solenoide,
lámparas, etc. El módulo de salida amplifica las señales lógicas de bajo nivel
generadas por la CPU y pasa estas señales modificadas a los elementos de control
finales para operar los dispositivos de salida.
f) software
PLC consta de dos partes: sistemas operativos y programa de usuario. El sistema
operativo PLC proporciona un soporte eficaz que va desde la creación de la
estructura del proyecto hasta la creación de programas de usuario. Se accede al
sistema operativo a través de una ventana de interfaz gráfica de usuario (también
conocida como ventana principal). La ventana principal contiene todas las
funciones necesarias para configurar un proyecto, configurar el hardware, escribir
y probar programas. El programa del usuario se puede escribir en cualquier
lenguaje de programación de PLC estándar como diagrama de escalera o lista de
instrucciones.
Mientras procesa un programa de PLC, la CPU escanea y ejecuta el programa
52
principal cíclicamente; un ciclo de exploración de programa consiste en
operaciones secuenciales que incluyen exploración de entrada, exploración de
programa y exploración de salida. En la exploración de entrada, la CPU actualiza
la tabla de entrada de la imagen de proceso, en la exploración de salida;
La CPU actualiza la tabla de salida de la imagen de proceso. Después de
completar cada ciclo de exploración, la CPU regresa al comienzo del ciclo
siguiente y nuevamente repite el ciclo. El tiempo necesario para escanear
El tiempo que se tarda en escanear un programa se denomina tiempo de ciclo de
exploración.
4.6. PROGRAMACIÓN DE LOS CONTROLADORES LÓGICOS
PROGRAMABLES 13
Existen varios enfoques para ingresar el programa en PLC que son
1. Diagrama de escalera basado
2. Bajo nivel basado en expresiones booleanas.
3. Bloques funcionales
4. Lenguaje de alto nivel.
La mayoría de los métodos de programación utilizados hoy en día para PLC se basan
en el diagrama lógico de escalera. Por lo tanto, el concepto de diagrama de escalera se
explica en las siguientes secciones.
La programación del PLC basada en el uso del diagrama de escalera implica
escribir un programa de manera similar a dibujar un circuito de conmutación. El
diagrama de lógica de escalera se convierte en un diagrama de escalera de PLC
utilizando las convenciones de las construcciones de diagrama de escalera de PLC.
Este método requiere el uso de teclado simple y pantalla con capacidad gráfica mínima
13 Salvador Millán (2002) .Automatización neumática y oleohidráulica
53
para mostrar los símbolos, que representan los componentes y su interrelación en el
diagrama de lógica de escalera. Los componentes son de dos tipos, contacto y bobinas.
Los contactos se utilizan para representar interruptores de entrada, contactos de relé y
elementos similares. Las bobinas se utilizan para representar la carga, como
solenoides, relés, temporizadores, contadores, etc. El programador introduce el
renglón del diagrama de escalera en el renglón del PLC. El diagrama de escalera tiene
dos lados verticales también llamados peldaños. La línea del lado izquierdo representa
una línea con voltaje positivo y el lado derecho representa una línea con voltaje cero.
Entre estos dos lados se encuentran los peldaños horizontales para el flujo de potencia
asumido. Los símbolos que representan los diversos elementos del programa se
colocan en los peldaños para realizar la tarea de control requerida.
Hay cinco elementos u operaciones de programa que se usan comúnmente en el
diagrama de escalera PLC que son
1. PLC operaciones lógicas de bits
2. Operaciones del temporizador
3. Operaciones de contador
4. Operaciones de comparación.
5. Operaciones aritméticas.
Operaciones de lógica de bits de PLC: Algunos elementos de programación
importantes para operaciones de lógica de bits son
a) NO, normalmente abiertos
b) NC, normalmente cerrados
c) Bobina
54
Cada uno de estos elementos se puede seleccionar desde la ventana del programa.
Los elementos NO y NC no deben confundirse con los contactos NO y NC del
hardware de los dispositivos de conmutación.
NO contacto del PLC:
Este contacto busca el estado de la señal ON (1) en la dirección de bit especificada.
La energía fluye a través de NO contacto si el bit escaneado
4.7 TEMPORIZADORES DE LOS PL
Muchas tareas de control requieren la programación del tiempo. Por ejemplo, el
cilindro 2 debe extenderse, si el cilindro 1 se retrae, pero solo después de un retraso de
unos segundos. Los temporizadores de un PLC se realizan en forma de módulos de
software y se basan en la generación de temporización digital. El espacio de memoria
se asigna en la memoria del sistema para almacenar los valores del tiempo de retardo.
La representación de la dirección del temporizador varía de un fabricante a otro. Por el
bien de la comprensión lo haremos como T1, T2 para las direcciones del temporizador.
El número típico de temporizadores disponibles en PLC comercial es 64, 128, 256,
512 o incluso más. Hay dos tipos de temporizadores PLC
PLC en el temporizador de retardo a la conexión: el temporizador estará en estado ON
cuando reciba una entrada de inicio y el estado de la señal de salida cambia a 0 desde
1, cuando se alcanza la temporización preestablecida. El estado de la señal de la salida
cambia de 0 a 1 cuando se alcanza el tiempo preestablecido con referencia al cambio
de RLO (Resultado de la operación lógica) de 0 a 1 (ENCENDIDO) en la entrada de
inicio.
Temporizador de retardo a la desconexión del PLC: el temporizador estará
encendido cuando reciba una señal de inicio de entrada y el estado de la señal de
salida cambiará de 1 a 0, cuando se alcance la temporización preestablecida. El estado
55
de la señal de la salida cambia de 1 a 0 cuando se alcanza el tiempo preestablecido con
referencia al cambio de RLO de 1 a 0 (OFF) en la entrada de inicio. Los contadores se
utilizan para detectar números de piezas y eventos. Los controladores frecuentemente
necesitan operar con contadores en la práctica. Por ejemplo: se requiere un contador
en el circuito si se deben transportar exactamente 20 componentes idénticos a una
correa transportadora a través de un dispositivo de clasificación.
Hay dos tipos básicos de contador a) Cuenta ascendente b) Cuenta regresiva
Cuando la entrada para contar el contador se haga realidad, el valor del acumulador
aumentará en 1, sin importar cuánto tiempo sea verdadera la entrada. Si el valor del
acumulador alcanza el valor preestablecido, se establecerá el bit de contador. Un
contador de cuenta regresiva disminuirá el valor del acumulador hasta que se alcance
el valor predeterminado
4.8. ELEMENTOS DE MEMORIA DEL PLC14
Los elementos de memoria se utilizan para almacenar valores intermedios. La
función de memoria se logra mediante indicadores ubicaciones de memoria de bits y la
memoria del sistema. La memoria de bits especificada se puede configurar o
restablecer mediante un conjunto de bobinas. Un enclavamiento en la lógica de
escalera usa una instrucción para enclavarse y una segunda instrucción para
desenclavarse. La salida con una S en el interior activará la salida D cuando la entrada
A se convierta en verdadera. D se mantendrá encendido incluso si A se apaga. La
salida D se desactivará si la entrada B se hace verdadera y la salida con una R en el
interior se vuelve verdadera.
Se deben seguir las siguientes instrucciones al escribir un programa para la función de
memoria: Configuración de una ubicación de memoria, restablecer una ubicación de
memoria
14 Felip Roca Ravell (2005) Oleohidráulica Básica, diseño de circuitos
56
Las ubicaciones de las direcciones de memoria varían de un fabricante a otro. Por
simplicidad usaremos M1, M2, etc. para representar la memoria. La cantidad de
memorias de bits disponibles en PLC para memoria es 1024, 2048, 8192 y más.
Si la energía fluye de manera momentánea o continua a la bobina configurada, la
dirección de memoria especificada se establece en el estado de señal 1. Si la energía
fluye de manera momentánea o continua a la bobina de reinicio, la dirección de
memoria correspondiente se restablece al estado de señal 0. Si no hay En la entrada de
configuración o entrada de restablecimiento, la dirección de la memoria no se ve
afectada. Se puede acceder a la salida de la función de memoria a través del elemento
de programa NO o NC
Se pueden clasificar en dos categorías.
a) Caja de memoria con prioridad establecida
b) Caja de memoria con prioridad de reinicio.
Las funciones de una caja de memoria son similares a las bobinas de memoria. En
el cuadro de memoria con prioridad establecida, la dirección de memoria asociada se
establece cuando el estado de la señal 1 aparece simultáneamente en las entradas de
configuración y restablecimiento. En el cuadro de memoria con prioridad de
restablecimiento, la dirección de memoria asociada se restablece cuando el estado de
la señal 1 aparece simultáneamente en las entradas de restablecimiento y
configuración
4.9 ÁREAS DE APLICACIÓN DE UN PLC.
Cada sistema o máquina tiene un controlador, dependiendo del tipo de tecnología
utilizada, el controlador puede dividirse en controladores neumáticos, hidráulicos,
eléctricos y electrónicos. Con frecuencia utilizamos combinación de diferentes
tecnologías. Además, se hace una diferenciación entre el controlador lógico
57
programable y el programable. El primero se usa principalmente en los casos en que
cualquier reprogramación por parte del usuario está fuera de cuestión y el tamaño del
trabajo garantiza el desarrollo de un controlador especial. La aplicación típica de tales
controladores se puede encontrar en la lavadora automática, cámaras de video y
automóviles.
Sin embargo, si el tamaño del trabajo no garantiza el desarrollo de controladores
especiales o si el usuario debe tener la facilidad de realizar cambios de programa
simples o independientes, o de configurar temporizadores y contadores, entonces el uso
de controladores universales, donde se escribe el programa A una memoria electrónica,
es la opción preferida. El PLC representa tal controlador universal. Se puede utilizar
para diferentes aplicaciones y, a través del programa instalado en su memoria,
proporciona al usuario un medio simple de cambiar, extender y optimizar los procesos
de control.
Los PLC son ampliamente utilizados en las industrias debido a las siguientes razones.
El costo de la automatización del PLC es menor y el PLC es muy versátil.
El PLC puede ser puesto en servicio e instalado fácilmente
La programación de PLC es bastante simple. La programación en escalera es
flexible.
No son de control cableado. Pueden programarse y reprogramarse para adaptarse a
cambios frecuentes en el programa
La supervisión del proceso de trabajo en línea es fácil, por lo tanto, la resolución de
problemas y el mantenimiento del PLC no son una tarea difícil
Se pueden clasificar como dispositivos de automatización de bajo coste.
Se pueden usar en ambientes hostiles donde la humedad y la temperatura son altas.
Su funcionamiento no se ve afectado por vibraciones y golpes.
58
Se pueden utilizar para ejecutar algoritmos matemáticos complejos, control de
servomotor, control de pasos, control de ejes, autodiagnóstico, monitoreo en línea,
monitoreo de condición, solución de problemas del sistema, comunicación a otros
PLC, adquisición de datos, redes, almacenamiento y generación de informes.
Los PLC son más adecuados para la automatización de bajo costo, donde se
esperan cambios frecuentes en los requisitos de control durante su vida operativa,
como en los sistemas de producción continua o por lote.
4.10 ESTÁNDARES DE LOS PLC
Los estándares de PLC anteriormente válidos, centrados principalmente en la
programación de PLC, se usaban generalmente en Europa a finales de los años setenta.
Esto incluía un sistema PLC sin red, que ejecuta principalmente operaciones lógicas en
señales binarias. La norma DIN 19239, por ejemplo, especifica el lenguaje de
programación que posee los comandos de lenguaje correspondientes para estas
aplicaciones.
Desde 1992, ahora existe un estándar internacional para controladores lógicos
programables y dispositivos periféricos asociados como herramientas de programación
y diagnóstico, equipos de prueba, interfaces hombre a máquina.
En 1992, los estándares IEC 1131 se desarrollaron como un marco abierto para la
arquitectura de PLC. La segunda edición de IEC 1131 conocida como IEC 61131 se
publicó en 2003. El nuevo estándar IEC consta de cinco partes
Parte 1: Información general
Parte 2: Requisitos de equipo y pruebas.
Parte 3: lenguajes de programación
Parte 4: Pautas para el usuario en preparación con IEC
Parte 5: Especificación del servicio de mensajería
59
4.11. APLICACIÓN DEL FST.
Teniendo instalado el software FST v4.10 se ejecuta la aplicación ubicada en Escritorio
o buscando en la carpeta raíz.
Clic en: Proyect/New para crear un nuevo.
Ingresar el nombre del proyecto: En este caso PROG1
Además, es necesario ingresar la referencia del autómata PLC “COMPAC”.
Luego: Comentario y aceptar, con esto terminamos de navegar en el comando Proyect
Setting. El comando Proyect Documetation contiene un espacio para almacenar
documentación del proyecto en un archivo .txt
60
El comando Allocation List contiene la lista de señales que se utilizaran en el
programa, eso equivale a I0.0, M0.0, F0.0, R, y señales análogas.
En la nueva ventana es posible ingresar todas las señales con clic derecho/Insert
Operando doble clic, abre la ventana para ingresar en la primera casilla la el tipo de
señal, en la segunda el símbolo de la señal, y en la tercera el comentario el comentario
es la información que se muestra en el programa.
Con esta información ingresada, es posible crear el lugar de trabajo donde se realizará el
programa, esto es Program/Insert Program
61
Se selecciona el tipo de lenguaje, para este caso Ladder Diagram
Características del programa, número de programa por defecto es 0 (cuando el
programa es el maestro), la versión y comentarios.
Y se tiene el lugar donde para ingresar las instrucciones del programa.
Solo es necesario sacar los contactos y las bobinas, ingresar la dirección y el
programa autocompleta con el comentario
62
63
Una vez se tiene las instrucciones, es necesario verificar la comunicación.
64
Es una comunicación RS 232 el puerto de comunicación se verifica en el hardware del
equipo, y la velocidad de comunicación es de 9600 baudios o bits por segundo, es
posible por este medio asignarle una dirección IP pero en este caso
El protocolo quedo ajustado, ahora el próximo paso es realizar la compilación del
programa y la descarta, los comandos son los siguiente. Nota: no es posible descargar
si el programa presenta errores de sintaxis.
En algunos casos el PLC pide autorización para realizar la descarga, en otras no.
Depende de las características de configuración de Hardware del anterior programa al
nuestro.
65
La descarga es ejecutada de manera exitosa. Ahora con clic derecho llevamos al PLC a
ONLINE, y posteriormente clic derecho Run.
El software dispone de un ONLINE DISPLAY, que estará indicando el estado de las
señales de entrada, salidas, marcas (banderas), temporizadores, contadores, y en la
última casilla es posible organizar una tabla de variables al gusto del programador.
66
La práctica se basa en una ecuación de movimiento dada “+B+A+C-A-C-B” la cual
nos da a entender que trata de una secuencia de entradas y salidas de tres pistones, los
cuales manejaremos neumáticamente con un PLC (Controlador Lógico Programable)
Utilizaremos como auxiliar el software de FST de FESTO para la elaboración del
diagrama escalera. Seguidamente se detalla el desarrollo.
Primeramente, realizamos una simulación de la ecuación de movimiento
proporcionada previamente, la simulación se llevó a cabo en el Software FluidSim
Neumática de FESTO.
50
%
50
%
50
%
50
%
50
%
50
%
4 2
1 3
Y1 Y2
4 2
1 3
Y3
4 2
1 3
Y4
0V
K1
S1 S2S3 S4
S5 S6
K1
S6
S4
K1
K2
S2
K3
S4
K3
S5
K3
S2
K4
K3
S6
Y3 Y1Y4 Y2
K4K3
S1
K2K1 K3
+24V1 2 3 4 5 6 8 9 10 11 12 13 14
239
12 5681113
14
Figura. 4.1.Fuente Festo
Circuito electroneumático control de tres cilindros
Se elaboro un diagrama paso a paso con relevadores para efectuar el funcionamiento que
indica la Ecuación +B+A+C-A-C-B, en la cual nos obliga a colocar tres pistones a los
cuales se les asignan las letras A, B y C respectivamente.
67
Ya elaborada la simulación de la ecuación de movimiento, se pasó a construir el
diagrama escalera el cual se realizó con ayuda del Software FST de FESTO.
1. Después de instalado en la PC del software FST en este caso la versión 4.10
iniciamos el programa, ya sea con el icono de acceso directo localizado en el
escritorio el cual se muestra o desde Inicio> todos los programas > festo software
> FST 4.10 >
2. Para iniciar un proyecto nuevo nos vamos a la barra de herramientas en Project >New
Nos aparecerá una pantalla donde colocaremos el nombre con el que vamos a llamar a
nuestro proyecto
3. Después de asignar un nombre a nuestro “nuevo proyecto” y dar en “ok” nos abre
dos ventanas nuevas las cuales se muestran
.
Fig.4.2.Ventanas de software.Fuente FluidSim Neumática de FESTO.
En la ventana b) que aparece seleccionamos la familiadel PLC que vamos a utilizar, y
de ser necesario se agrega un comentario y se procede a dar clic en “OK”.
Vamos a localizar “Allocation List” al dar “doble” clic en este apartado se desplegara
otra ventana, en la cual vamos a agregar las entradas y salidas que asignaremos en el
programa, tomando como entradas los sensores y botones de inicio, como salidas son
68
las válvulas neumáticas que accionaran los cilindros ya que darán paso al aire para
mover los actuadores.
Luego de haber hecho “doble” clic en “Allocation List” se desplegara un cuadro, en la
cual dentro damos un clic “derecho” y aparecerá una opción llamada “Insert
Operand”, al dar clic a esta opción se abrirá un recuadro , en donde pedirá especificar
si es entrada o salida, además puede asignar un símbolo para mayor relación y además
se puede agregar un comentario para tener una explicación más clara de ese comando.
ara lograr este paso debe de preferencia tenerse una simulación electro-neumática en
FluidSim, de tal manera se tendrán más en mente las entradas y salidas que se
utilizaran en el programa y así se logran disminuir la cantidad de errores ya que uno va
viendo el movimiento que se desea obtener.
4 Ahora nos damos a la tarea de dar clic “derecho” en “Programs” a continuación se
desplegara un menú y nos dirigiremos a dar clic en “New Program..”
69
En la ventana que se abra se debe seleccionar el lenguaje con el que se desea
programar, este software maneja dos tipos como son “Statement List” y “Ladder
Diagram”, al segundo “diagrama escalera” es el cual seleccionaremos y posterior a eso
daremos clic en “OK” para aceptar la decisión
5. Diagrama de escalera en el lenguaje FST
La estructura para la primera etapa es un contacto de encendido en paralelo con un contacto
de inicio, todo esto en serie con un contacto para el apagado, luego una marca para el control.
70
CAPITULO V
CONTROL DE CIRCUITOS ELECTRONEUMÁTICOS CON PLC
5.1. CONTROL DE DOS CILINDROS, CON VÁLVULAS MONOESTABLES
Realizaremos el Control mediante PLC, siguiente sistema electroneumático, para el
transporte de cajas, el circuito está controlado por válvulas monoestables.
71
4 2
1 3
Y1
CILINDRO A
A1 A2
4 2
1 3
Y3
CILINDRO B
B1 B2
CIRCUITO DE FUERZA PARA LA SECUENCIA A+ / B+ / A- / B-
Figura. 5.1.Circuito de control de valvulas monoestables
Las condiciones son: Se usarán válvulas monoestables con retorno por resorte
El número de grupos serán cuatro, las condiciones también están dadas por los finales de
carrera, cuando realiza A+, activa el final de carrera A2, que permite la salida del vástago
del cilindro B, cuando toca el final de carrera B2, se realiza la carrera de regreso del
cilindro A y al alcanzar A, la posición de retraído se efectúa el regreso de A. La condición
final para este método paso a paso máximo es también la condición final.
Sistema neumático
72
4 2
1 3
CILINDRO A
A1 A2
4 2
1 3
CILINDRO B
B1 B2
CIRCUITO DE FUERZA PARA LA SECUENCIA A+ / B+ / A- / B-
2
1 3
2
1 3
B22
1 3
A2
2
1 3
A1
Figura. 5.2.
Diseño y simulación del circuito electroneumático mediante PLC
Utilizaremos el Método paso a paso máximo simplificado:
La estructura para la primera etapa es un contacto de encendido en paralelo con un
contacto de inicio, todo esto en serie con un contacto para el apagado, luego una marca
para el control.
73
La estructura para las otras etapas de la programación en PLC logo, es: Un contacto
normalmente abierto en serie con un contacto normalmente cerrado y una rama
paralela la que realice la autorretención.
La ecuación de movimiento se muestra en el siguiente cuadro
A + B+ A- B-
B1 A2 B2 B1
M13 M12 M4 M3
INCIO
Para este método se utilizan válvulas monoestables y el número de pasos es igual al
número de marcas M.
La secuencia de trabajo es que la memoria o el enclavamiento alista el siguiente paso y
desactiva el paso anterior. Un aspecto o condición final, es que el último paso tiene un
pulsador de inicio,
74
En el circuito anterior, la marca M11, prepara el siguiente paso que permite la
activación de la marca M12 y esta prepara el paso para que este en operación la marca
M13 y finalmente la marca M14.
La marca M14. desactiva la primera marca que hasta este momento I1, que ahora pasa a ser
M14, cerrado. Esta ultima rama del circuito no tiene autorretención.
75
Finalizada la secuencia el contacto M14 desactiva el contacto M11 y este a su vez el
M12 y luego el M13 y el contacto M14, y de este modo el sistema está en condiciones
de realizar una nueva secuencia.
Establecida la ecuación ahora vemos la actuación de los sensores,
76
El ciclo de trabajo se inicia al pulsar el botón de arranque, el cual energiza la bobina
Y1, que activa la electroválvula y sale el vástago del cilindro A, al llegar a su máximo
desplazamiento toca el final de carrera A2 que permite se energice la bobina Y2 y sale
el vástago del cilindro B, la marca M13 desactiva el enclavamiento y regresa el
cilindro A, el que al alcanzar su máximo desplazamiento des energiza la bobina Y2 y
de este modo regresa el cilindro B
Diseño de la parte de potencia.
5.2. CONTROL DE DOS CILINDROS, CON VÁLVULAS
BIESTABLES
Diseño de un programa de control de dos cilindros con válvulas biestables en PLC
logo
Realizaremos el Control mediante PLC, siguiente sistema electroneumático, para el
control de una prensa, el circuito está controlado por válvulas biestables.
77
4 2
13
Y1 Y2
4 2
13
Y3 Y4
CILINDRO A CILINDRO B
A0 A1
B0 B1
Figura. 5.3,Circuito de control de valvulas biestables .Fuente propia
El sistema eléctrico es
78
Figura. 5.4.Sistema electrico.Fuente propia
Utilizaremos el Método paso a paso máximo simplificado:
La estructura para la primera etapa es un contacto de encendido en paralelo con un
contacto de inicio, todo esto en serie con un contacto para el apagado, luego una marca
para el control.
+24V
0V
K1
3 4
A0
3 4
K3
3 4
B0
3 4
CO
NT
3 4
CO
NT
5
A1
A2
R1
R2
A0
3 4
B0
3 4
AR
RA
N
3 4
K1
3 4
K2
1 2
K3
3 4
B0
3 4
CO
NT
1 2
K1
A1
A2
K1
3 4
A1
3 4
K3
1 2
K2
A1
A2
K2
3 4
K1
3 4
K2
3 4
K3
3 4
Y1
Y2
Y3
Y4
K2
3 4
B1
3 4
B0
1 2
K3
A1
A2
K3
3 4
12
34
56
78
910
1112
15
36
1 5 7 11
8 9 12
53 6 10 15
7
79
La estructura para las otra etapas de la programación en PLC logo, es: Un contacto
normalmente abierto en serie con un contacto normalmente cerrado y una rama paralela la
que realice la autorretención.
La ecuación de movimiento se muestra en el siguiente cuadro
A + B+ A- B-B1 A2 B2 B1M13 M12 M4 M3INCIO
Para este método se utilizan válvulas monoestables y el número de pasos es igual al
número de marcas M.
La secuencia de trabajo es que la memoria o el enclavamiento alista el siguiente paso y
desactiva el paso anterior. Un aspecto o condición final, es que el último paso tiene un
pulsador de inicio,
80
En el circuito anterior, la marca M11, prepara el siguiente paso que permite la
activación de la marca M12 y esta prepara el paso para que este en operación la marca
M13 y finalmente la marca M14.
La marca M14. desactiva la primera marca que hasta este momento I1, que ahora pasa a
ser
M14, cerrado. Esta ultima rama del circuito no tiene autorretención.
81
Finalizada la secuencia el contacto M14 desactiva el contacto M11 y este a su vez el
M12 y luego el M13 y el contacto M14, y de este modo el sistema esta en condiciones de
realizar una nueva secuencia.
Establecida la ecuación ahora vemos la actuación de los sensores,
82
El ciclo de trabajo se inicia al pulsar el botón de arranque, el cual energiza la bobina Y1,
que activa la electroválvula y sale el vástago del cilindro A, al llegar a su máximo
desplazamiento toca el final de carrera A2 que permite se energice la bobina Y2 y sale el
vástago del cilindro B, la marca M13 desactiva el enclavamiento y regresa el cilindro A, el
que al alcanzar su máximo desplazamiento des energiza la bobina Y2 y de este modo
regresa el cilindro B
5.3. CONTROL DE UN CILINDRO, VÁLVULAS BIESTABLES PLC FLUID SIM
CONTROL DE CIRCUITOS CON PLC: LENGUAJE BLOQUE DE FUNCIONES
83
0V Q1 Q2
24V I1 I2
Q4Q3 Q5 Q6 Q7 Q8
I4I3 I5 I6 I7 I8
MODULO PLC
ENTRADAS
SALIDAS
CIRCUITO PARA EL CONTROL CON PLC DE UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO
4 2
1 3
Y1 Y2
A1 A2
+24V
0V
A1
3
4
A2
3
4
+24V
Y1Y2
3
4
34
1
2
3 5 6
Figura. 5.5. Control de lenguaje.Fuente propia
Se realiza la secuencia A+ / A-
84
I1
I2
I3
I4
I5
I6
I7
I8
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
Q8
hi
&
&
M
hi
RS
1 23
4
5
6
Figura. 5.6. Secuencia de sensores .Fuente propia
Los sensores A1 y A2, estarán conectados a las entradas I1 e I2 respectivamente, y las
salidas Q1 y Q2 controlarán los solenoides Y1 e Y2.
A la compuerta (and 1), ingresan dos señales la I1 y I8, si ambas están con energía,
entonces se permite la salida del cilindro puesto que se acciona Q1, que controla a Y1,
Se muestra la programación del PLC, utilizamos el módulo plc de 8 entradas y salidas, y
se conecta la salida de la compuerta hi, que representa 1 lógico a la tercera entrada de la
compuerta (and 1), con la finalidad de evitar que el programa envíe mensaje de error.
La finalidad de instalar el bloque Set / Reset, es evitar que el solenoide Y1, que, de
permanentemente energizado, situación que no permitiría el retorno del cilindro.
85
con el objetivo que el solenoide Y1 no sé qué de energizado se debe resetear para cuyo
efecto instalamos la compuerta (and 5) y la salida de esta compuerta se conecta a Q2, y de
este modo se logra un control perfecto del sistema.
5.4. CONTROL DE UN SISTEMA DE UNA PRENSA PLC FLUIDSIM
1B1 1B22B1 2B2
4 2
1 3
Y1
4 2
1 3
Y2
Figura. 5.6. Fuente propia
861B1 1B22B1 2B2
4 2
1 3
Y1
4 2
1 3
Y2
+24V
0V
0V Q1 Q2
24V I1 I2
Q4Q3 Q5 Q6 Q7 Q8
I4I3 I5 I6 I7 I8
1B1
3
4
1B2
3
4
1B1
3
4
2B2
3
4
Y1 Y2
3
4
1 2 3 4 5 6 7 8
Figura. 5.7. Fuente propia
Para programar el PLC para válvulas monoestables debemos tener en serie una
compuerta and, set/reset y and, que se repetirán cuatro veces por ser este el número de
pasos.
I1
I2
I3
I4
I5
I6
I7
I8
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
Q8
& RS &
& RS&
& RS
& RS
1
1
M
Figura. 5.8. Fuente propia
87
5.5. CONTROL DOS CILINDROS, VÁLVULAS BIESTABLES PLC FLUIDSIM
Como finales de carrera utilizaremos sensores capacitivos e inductivos, se realizará la
secuencia A+/B+/A-/B-
4 2
1 3
Y1 Y2
4 2
1 3
Y3 Y4
A1 A2 B1 B2
0V Q1 Q2
24V I1 I2
Q4Q3 Q5 Q6 Q7 Q8
I4I3 I5 I6 I7 I8
+24V
0V
3
4
1 2 3 5 7 8
Figura 5.9. Fuente propia
5.6. Control tres cilindros, válvulas biestables plc FluidSim
En la Figura 35, se muestra el diagrama de conexiones a las entradas y salidas del plc
88
4 2
1 3
Y1 Y2
4 2
1 3
Y3 Y4
4 2
1 3
Y5 Y5
A1 A2 B1 B2
0V Q1 Q2
24V I1 I2
Q4Q3 Q5 Q6 Q7 Q8
I4I3 I5 I6 I7 I8
PLC
3
4
+24V
0V
3
4
A1
3
4
A2
3
4
B1
3
4
B2
3
4
Y1 Y2 Y3 Y4 Y5Y6
1 2 3 4 5 7 8 9 10
11
Fig. 5.10 Diagrama de conexiones. Fuente propia
I1
I2
I3
I4
I5
I6
I7
I8
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
Q8
RS
1>-
M&
MRS
&
MRS
&
MRS
&
MRS
3
3
3
1>-
1>-
3
3
3
RS
RS
RS
RS
Fig. 5.11 Diseño del circuito en el módulo lógico. Fuente propia
89
Sistema secuencial con tres actuadores, con válvulas biestables, finales de carrera en
los actuadores Ay B, el actuador C, se activará con un temporizador
Secuencia: A+ B+ C+ C- B- A-
La programación lo haremos con el módulo digital, y utilizamos el lenguaje de
programación de bloques de funciones;
iniciamos la programación con el buffer o sea la memoria, la compuerta AND y
Set/Reset.
Para el arranque utilizamos otra compuerta Set/Reset y la compuerta OR para la
última señal y una memoria para generar un bucle cerrado
90
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
1. El uso de PLC, en el control de sistemas neumáticos y electroneumáticos permite
reducir el número de válvulas pulsadores y otros accesorios, lo que reduce costos de
mantenimiento y paradas por reparación.
2. Con el fin de ahorrar salidas del PLC, se pueden emplear válvulas monoestables.
3. La programación se realiza en forma sencilla a través del uso de lenguaje de
programación Ladder, y sin necesidad de hacer el recableado es fácil reprogramar el
PLC.
4. En lo que respecta a los métodos de elaboración de circuitos neumáticos y
electroneumáticos que son el de cascada y paso a paso se obtienen buenos resultados,
evitando la sobreposición de señales, pero la desventaja es que se requieren muchas
válvulas y otros accesorios lo que incrementa el riesgo de fallas en la operación del
sistema.
5. Los tipos de sistemas empleados en la investigación son el cableado en las borneras,
conexión al PLC y el programado en la ejecución del almacenamiento del ejercicio
desarrollado en el PLC FESTO
6. El método aplicado para el desarrollo de los ejercicios prácticos es el sistemático
paso a paso debido a que se acopla a las instrucciones de secuencia desarrollados.
Para empezar el desarrollo del sistema de control neumático, se requiere analizar
las diferentes metodologías de desarrollo existentes, luego de esto se debe seleccionar
aquella que más se adapte a las características del proyecto, teniendo en cuenta que
deberá realizarse modificaciones a dicha metodología.
91
7. Se recomienda incentivar la enseñanza de las tecnologías de automatización industrial
mediante PLC, puesto permite reducir los costos de producción en las empresas
92
BIBLIOGRAFÍA
1. Gea José Manuel (2005 ): Circuitos Básicos de ciclos Neumáticos y
electroneumáticos . Alfaomega .Marcombo.
2. Felip Roca Ravell (2005) Oleohidráulica Básica, diseño de circuitos. Barcelona
Alfaomega Ediciones UPC
3. Salvador Millán (2002) .Automatización neumática y oleohidráulica.Barcelona España.
Alfaomega Marcombo
4. Peláez Vara Jesús(2012). Neumática Industrial Diseño, selección y estudio de
elementos neumáticos. Madrid España. Cie Inversiones Editoriales
5. Serrano Antonio San Nicolas (2009). Neumática Práctica.Madrid España.Paraninfo
WEB GRAFIA
http://www.mitecnologico.com/mecatronica/Main/SistemasDeControl
http://www.arqhys.com/articulos/circuito-sistema-cableado.html
http://tecnologiayautomatizacion.blogspot.com/
http://tecnologiayautomatizacion.blogspot.com/
http://www.soundlogics.com/electronica.html