UNIDAD 5.- APLICACION DE LA NEUMÁTICA-ELECTRONICA É HIDRÁULICA-ELECTRONICA

5.1.- AUTOMATIZACIÓN DE SISTEMAS NEUMÁTICOS É HIDRÁULICOS.

5.1.1.- Operaciones basicas de programacion de PLC.

1.  Principios Básicos

Con la llegada de los autómatas programables, los llamados PLC, la industria sufrió un impulso importante, que ha facilitado de forma notable que los procesos de producción o control se hayan flexibilizado mucho. Encontramos PLC en la industria, pero también en nuestras casas, en los centros comerciales, hospitalarios, etc. También en nuestras escuelas de formación profesional encontramos frecuentemente autómatas programables. PLC son las siglas en inglés de Controlador Lógico Programable (Programmable Logic Controller). Cuando se inventaron, comenzaron llamándose PC (Controlador programable), pero con la llegada de los ordenadores personales de IBM, cambió su nombre a PLC (No hay nada que una buena campaña de marketing no pueda conseguir). En Europa les llamamos autómatas programables. Sin embargo, la definición más apropiada sería: Sistema Industrial de Control Automático que trabaja bajo una secuencia almacenada en memoria, de instrucciones lógicas.

1.1¿Qué es un PLC?

El PLC es un dispositivo de estado sólido, diseñado para controlar procesos secuenciales (una etapa después de la otra) que se ejecutan en un ambiente industrial. Es decir, que van asociados a la maquinaria que desarrolla procesos de producción y controlan su trabajo.

Como puedes deducir de la definición, el PLC es un sistema, porque contiene todo lo necesario para operar, y es industrial, por tener todos los registros necesarios para operar en los ambientes hostiles que se encuentran en la industria.

1.2 ¿Qué hace un PLC?

Un PLC realiza, entre otras, las siguientes funciones:

• Recoger datos de las fuentes de entrada a través de las fuentes digitales y analógicas.
• Tomar decisiones en base a criterios preprogramados.
• Almacenar datos en la memoria.
• Generar ciclos de tiempo.
• Realizar cálculos matemáticos.
• Actuar sobre los dispositivos externos mediante las salidas analógicas y digitales.
• Comunicarse con otros sistemas externos.

Los PLC se distinguen de otros controladores automáticos, en que pueden ser programados para controlar cualquier tipo de máquina, a diferencia de otros controladores (como por ejemplo un programador o control de la llama de una caldera) que, solamente, pueden controlar un tipo específico de aparato.

Además de poder ser programados, son automáticos, es decir son aparatos que comparan las señales emitidas por la máquina controlada y toman decisiones en base a las instrucciones programadas, para mantener estable la operación de dicha máquina.

Puedes modificar las instrucciones almacenadas en memoria, además de monitorizarlas.

2        Un poco de historia

Cuando se empezaron a usar los relés en el control de procesos productivos, se comenzó a añadir lógica a la operación de las máquinas y así se redujo e incluso se eliminó la carga de trabajo del operador humano.

Los relés permitieron establecer automáticamente una secuencia de operaciones, programar tiempos de retardo, contar las veces que se producía un suceso o realizar una tarea en dependencia de que ocurrieran otras.

Los relés sin embargo, tienen sus limitaciones: Tienen un tiempo limitado de vida, debido a que sus partes mecánicas están sometidas a desgaste, los conductores de corriente pueden quemarse o fundirse, y con ello puede provocarse una avería y tendrán que ser reemplazados.

Desde el punto de vista de la programación, su inconveniente mayor era que la estructura de programación era fija. El panel de relés lo configuraban los ingenieros de diseño. Luego se construía y se cableaba. Cuando cambiaban las necesidades de producción había que construir un panel nuevo. No se podía modificar, al menos sin un coste excesivo en tiempo y mano de obra.

 

Una aplicación típica de estos sistemas utilizaba un panel de 300 a 500 relés y miles de conexiones por cable, lo que suponía un coste muy elevado en instalación y mantenimiento del sistema (aproximadamente de 25 a 45 euros por relé).

En aquella época, al entrar en una sala de control, era habitual oír el clic continuo de los relés al abrirse y cerrarse.

Hacia 1970 surgieron los sistemas lógicos digitales construidos mediante circuitos integrados, aunque eran productos diseñados para una aplicación específica y no eran controladores genéricos. ¡Un paso es un paso!

Muchos de ellos usaban microprocesadores, pero al programarse en un lenguaje extraño a los ingenieros de control (el assembler, observa la figura de la izquierda), el mantenimiento era muy complejo.

La existencia de ordenadores en el momento del desarrollo de los PLC fue lo que inspiró su concepto: Había que diseñar un artefacto que, como una computadora, pudiese efectuar el control y pudiese ser re-programada, pero pudiera soportar el ambiente industrial.

Los primeros controladores completamente programables fueron desarrollados en 1968 por una empresa de consultores en ingeniería (Bedford y Asociados), que luego se llamó MODICOM.

Así el primer PLC fue construido en 1969 por encargo de General Motors Hydramatic Division (fábrica de transmisiones para los vehículos de la General Motors). Este PLC se diseñó como un sistema de control con un computador dedicado para controlar una parte de la cadena de producción y sustituir los sistemas de cableado que usaban hasta la fecha, que resultaban difíciles de modificar, cada vez que se requerían cambios en la producción.

Con estos controladores primitivos era posible:

• Programar desarrollos de aplicaciones para su uso en ambientes industriales.
• Cambiar la lógica de control sin tener que cambiar la conexión de los cables.
• Diagnosticar y reparar fácilmente los problemas detectados.

Los primeros PLC incorporaban sólo un procesador para programas sencillos y algunos dispositivos de entrada / salida. Posteriormente han ido desarrollándose hasta los equipos actuales, que ya integran:

• Módulos multiprocesadores.
• Entradas y salidas digitales de contacto seco, de relé o TTL (Transistor-Transistor-Logic o "Lógica Transistor a Transistor", tecnología de construcción de circuitos electrónicos digitales, en los que los elementos de entrada de la red lógica son transistores, así como los elementos de salida del dispositivo).
• Entradas y salidas analógicas para corriente continua o alto voltaje.
• Puertas de comunicación en serie o de red.
• Multiplexores análogos,
• Controladores PID (Proporcional Integral Derivativo, controlador que intenta mantener la salida del dispositivo en un nivel predeterminado).
• Interfaces con pantallas, impresoras, teclados, medios de almacenamiento magnético.

 

 

3        Ventajas y desventajas de los PLC

3.1         Ventajas

Las ventajas de los PLC son las siguientes:

1. Menor tiempo empleado en la elaboración de proyectos debido a que:

            · No es necesario dibujar el esquema de contactos.

          ·  No es necesario simplificar las ecuaciones lógicas ya que, por lo general, la capacidad de almacenamiento del modulo de  memoria es lo suficientemente grande como para almacenarlas.

           · La lista de materiales a emplear es mas reducida y, al elaborar el presupuesto correspondiente, se elimina parte del problema que supone el contar con diferentes proveedores, distintos plazos de entrega, etc.

2. Posibilidad de introducir modificaciones sin cambiar el cableado y añadir aparatos.
3. Mínimo espacio de ocupación
4. Menor coste de mano de obra de la instalación
5. Economía de mantenimiento. Además de aumentar la fiabilidad del sistema, al eliminar contactos móviles, los mismos autómatas pueden detectar e indicar posibles averías.
6. Posibilidad de gobernar varias maquinas con un mismo autómata.
7. Menor tiempo para la puesta en funcionamiento del proceso al quedar reducido el tiempo de cableado.
8. Si por alguna razón la maquina queda fuera de servicio, el autómata sigue siendo útil para controlar otra maquina o sistema de producción.

3.2         Inconvenientes

1. Hace falta un programador, lo que exige la preparación de los técnicos en su etapa de formación.
2. La inversión inicial es mayor que en el caso de los relés, aunque ello es relativo en función del proceso que se desea controlar. Dado que el PLC cubre de forma correcta un amplio espectro de necesidades, desde los sistemas lógicos cableados hasta el microprocesador, el diseñador debe conocer a fondo las prestaciones y limitaciones del PLC. Por tanto, aunque el coste inicial debe ser tenido en cuenta a la hora de decidirnos por uno u otro sistema, conviene analizar todos los demás factores para asegurarnos una decisión acertada.

4        ¿Cómo funciona el PLC?

Una vez que se pone en marcha, el procesador realiza una serie de tareas según el siguiente orden:

a)      Al encender el procesador ejecuta un auto-chequeo de encendido y bloquea las salidas. A continuación, si el chequeo ha resultado correcto, el PLC entra en el modo de operación normal.

b)      El siguiente paso lee el estado de las entradas y las almacena en una zona de la memoria que se llama tabla de imagen de entradas (hablaremos de ella mas adelante).

c)      En base a su programa de control, el PLC actualiza una zona de la memoria llamada tabla de imagen de salida.

d)      A continuación el procesador actualiza el estado de las salidas "copiando" hacia los módulos de salida el estado de la tabla de imagen de salidas (de este modo se controla el estado de los módulos de salida del PLC, relay, triacs, etc.).

e)      Vuelve a ejecutar el paso b)

Cada ciclo de ejecución se llama ciclo de barrido (scan), el cual normalmente se divide en:

• Verificación de las entradas y salidas
• Ejecución del programa

4.1         Otras funciones adicionales del PLC

a)      En cada ciclo del programa, el PLC efectúa un chequeo del funcionamiento del sistema reportando el resultado en la memoria, que puede ser comprobada por el programa del usuario.

b)      El PLC puede controlar el estado de las Inicializaciones de los elementos del sistema: cada inicio de un microprocesador también se comunica a la memoria del PLC.

c)      Guarda los estados de las entradas y salidas en memoria: Le puedes indicar al PLC el estado que deseas que presenten las salidas o las variables internas, en el caso de que se produzca un fallo o una falta de energía en el equipo. Esta funcionalidad es esencial cuando se quieren proteger los datos de salida del proceso.

d)      Capacidad modular: Gracias a la utilización de Microprocesadores, puedes expandir los sistemas PLC usando módulos de expansión, en función de lo que te requiera el crecimiento de tu sistema. Puede expandirse a través de entradas y salidas digitales, análogas, etc., así como también con unidades remotas y de comunicación.

5        ¿Cómo se clasifican los PLC?

Los PLC pueden clasificarse, en función de sus características en:

5.1         PLC Nano:

Generalmente es un PLC de tipo compacto (es decir, que integra la fuente de alimentación, la CPU y las entradas y salidas) que puede manejar un conjunto reducido de entradas y salidas, generalmente en un número inferior a 100. Este PLC permite manejar entradas y salidas digitales y algunos módulos especiales.

5.2         PLC Compacto

Estos PLC tienen incorporada la fuente de alimentación, su CPU y los módulos de entrada y salida en un solo módulo principal y permiten manejar desde unas pocas entradas y salidas hasta varios cientos (alrededor de 500 entradas y salidas), su tamaño es superior a los PLC tipo Nano y soportan una gran variedad de módulos especiales, tales como:

• entradas y salidas análogas
• módulos contadores rápidos
• módulos de comunicaciones
• interfaces de operador
• expansiones de entrada y salida

5.3         PLC Modular:

Estos PLC se componen de un conjunto de elementos que conforman el controlador final. Estos son:

• El Rack
• La fuente de alimentación
• La CPU
• Los módulos de entrada y salida

De estos tipos de PLC existen desde los denominados Micro-PLC que soportan gran cantidad de entradas y salida, hasta los PLC de grandes prestaciones que permiten manejar miles de entradas y salidas.

5.1.2.- Programación de PLC.

Abrir este link de abajo....

http://www.mecatronicatip.com/e107_files/downloads/cursobasmtiptoshi.pdf

UNIDADA 4.- CIRCUITOS HIDRAÚLICOS Y ELECTROHIDRAÚLICOS

4.1 Desarrollo de circuitos tipicos hidraulicos

Desarrollo

Una de las necesidades de los diferentes procesos tanto en la mediana o pequeña industria es la automatización de los mismos en los que requieren de diferentes forma de realizarlos dando paso al uso de distintos accesorios y elementos fundamentales para poder hacerlos realidad a continuación se presentaran ejemplos en los que se enumeran algunos y además se verá su funcionamiento.

           

Ejemplo.

1.- Descripción.

Se necesita un proceso automático de dos cilindros de doble efecto donde su funcionamiento sea de forma secuencial, donde se requiere también válvulas anti retorno pilotada para asegurar el regreso de los actuadores y además la seguridad de que como se trabaja con fuerza no exista mayor peligro para las personas que estén utilizando este proceso, presentando principalmente el diseño así como su respectiva simulación para su previa verificación dando paso luego a su instalación o construcción.

-Diseño(hidráulico).

 

-Diseño (Eléctrico).

 

-Elementos utilizados.

Depósito o Tanque.

La función natural de un tanque hidráulico es:

Contener o almacenar el fluido de un sistema hidráulico

Evacuar el calor

Sedimentación

Separación del aire

Separación del agua

Cuando el fluido regresa al tanque, una placa deflectora  bloquea el fluido de retorno para impedir su llegada directamente a la línea de succión. Así se produce una zona tranquila, la cual permite sedimentarse a las partículas grandes de suciedad, que el aire alcance la superficie del fluido y da oportunidad de que el calor se disipe hacia las paredes del tanque.

La desviación del fluido es un aspecto muy importante en la adecuada operación del tanque. Por esta razón, todas las líneas que regresan fluido al tanque deben colocarse por debajo del nivel del fluido y en el lado de la placa deflectora opuesto al de la línea de succión.

Tapa de llenado - Mantiene los contaminantes fuera de la abertura usada para llenar y añadir aceite al tanque. En los tanques presurizados la tapa de llenado mantiene hermético el sistema. Mirilla - Permite revisar el nivel de aceite del tanque hidráulico. El nivel de aceite debe revisarse cuando el aceite está frío. Si el aceite está en un nivel a mitad de la mirilla, indica que el nivel de aceite es correcto. Tuberías de suministro y retorno - La tubería de suministro permite que el aceite fluya del tanque al sistema. La tubería de retorno permite que el aceite fluya del sistema al tanque. Drenaje - Ubicado en el punto más bajo del tanque, el drenaje permite sacar el aceite en la operación de cambio de aceite. El drenaje también permite retirar del aceite contaminante como el agua y sedimentos

Banco Hidráulico de Pruebas (Laboratorios de Hidráulica de la U.P.S).

Parte Hidráulica.

Parte Eléctrica.

Electro Válvula con Posición Inicial Tipo Tandem.

 

Aquí, en la posición central de la válvula direccional, se bloquean las conexiones de trabajo, por lo tanto el sistema no puede ser movido manualmente.

Por otro lado, las conexiones de presión y tanque, están comunicadas, lo que permite que la bomba en esta posición descargue directamente al depósito y a baja presión.

La reacción del sistema, cuando se ubica en una posición de trabajo es por lo tanto más lenta que en el caso anterior.

Válvulas de Doble Pilotaje.

·         Permite el bloqueo en dos sentidos de un receptor de doble efecto.

·         Construida por dos válvulas anti retorno pilotadas.

Válvulas Secuenciales

Una válvula de secuencia tiene por función, luego de alcanzar cierta presión entregar una señal de salida. Esta señal de salida puede estar dentro del campo de las presiones bajas o normales, y también puede ser eléctrica. La presión de respuesta de una válvula de secuencia, generalmente es regulable.

-Simulacion:

Para realizar la simulación tenemos que contar con el programa FluidSIM

                  

- Instalación:

Como se puede diferenciar el funcionamiento tanto en la simulación como en la instalación misma ya del circuito, en donde podemos verificar que mediante el mando eléctrico y una válvula 4/3 (TIPO TANDEM ) que la misma no permite el trabajo directo de la bomba si no en el momento en que esta sea accionada enviamos presión a la entrada del primer cilindro de doble efecto que causara obviamente el trabajo de salida, una vez cumplida su carrera el flujo continuara y se guiara hacia la válvula secuencial 1 en donde al incrementar su presión esta se abrirá y dar paso al flujo que como se puede ver hará que la misma accione el cilindro de doble efecto 2, teniendo como consecuencia un proceso en secuencia, de la misma forma para el retorno teniendo en cuenta que las presiones en las válvulas de secuencia son reguladas para poder tener este tipo trabajo o funcionamiento.

4.2 Desarrollo típicos de circuitos electrohidráulico 

 

Los circuitos electrohidráulicos permiten darnos cuenta de las múltiples posibilidades que se alcanzan con su utilización y puede ser un punto de partida para comprender las maquinas mas complicadas.

Estas maquinas pueden utilizar distintos tipos de aceites para trabajar, entre ellos destacan tres tipos, mezclas de aceites minerales, mezclas de agua-aceites y aceites sintéticos, además, estos tienen una doble función, aparte de generar potencia, también funcionan como lubricantes.

La dirección electro-hidráulica o EHPS (Electro-Hydraulic Powered Steering) es una evolución de la dirección hidráulica. En vez de utilizar una bomba hidráulica conectada al motor utiliza un motor eléctrico para mover la bomba hidráulica.

En la introducción de este tema, se presentara la estructura y el modo de funcionamiento de los componentes utilizados principalmente para desarrollar un sistema de control electrohidráulico.

Electrohidráulica

Un sistema electrohidráulico es un conjunto de elementos que, dispuestos en forma adecuada y conveniente, producen energía electrohidráulica partiendo de otra fuente, que normalmente es electromecánica (motor eléctrico) o termo mecánica (motor de combustión interna).

La energía entregada por los medios mencionados es receptada por los elementos del sistema, conducida, controlada y por ultimo transformada en energía mecánica por los actuadores.

El fluido transmisor de esta energía es principalmente aceite, evidentemente no cualquier aceite. Ya que debe poseer algunas características particulares.

La energía electrohidráulica se genera de la siguiente manera.

Se recibe energía electromecánica a travez de la bomba de instalación. Esta la impulsa obligándola a pasar por el circuito, hasta llegar a los puntos de utilización.

Osea hasta los actuadores encargados de transformar dicha energía en mecánica podemos evidenciar tres grupos perfectamente localizados, a detallar:

Sistema de impulsion y bombeo

Sistema intermedio compuesto por elementos de control, comando y conexiones

Actuadores y consumidores

Banco Electrohidraulico

Electrovalvulas

La valvula de solenoide electrica funciona al suministrar corriente electrica al iman de la bobina, el campo magnetico mueve el cuerpo de cilindro deslizante de la valvula, el cual dirige el aceite.

Cabe recordar que la unica diferencia entre una valvula hidraulica/electrica y una valvula hidraulica ordinaria es la forma en que se mueve el cuerpo de cilindro.

Se les llama solenoides por ser accionadas por corriente continua, cuando son accionadas por corriente alterna se les llama electroimanes.

Valvulas hidraulicas de cuatro vias, operadas electricamente

en la figura 7.15 a vemos una valvula directamente accionada por solenoide, que es aquella en la cual el elemento motriz para accionar la corredera deslizante es unicamente un electroiman o un solenoide.

La accion de este, cuando se encuentra energizado, se traduce en un empuje o una traccion de la corredera. En dicha figura tenemos una valvula de cuatro vias, dos posiciones, de retorno por la accion de un resorte antagonista, y accionada por el electroiman dibujado al costado derecho de la valvula. Cuando se energiza la solenoide la corredera es emujada por la accion de este hacia la izquierda, se conecta la presion a la cara 2 del cilindro mientras que la cara 1 queda dreana al tanque. La corriente electrica debe ser mantenida sobre el solenoide para que este a su vez mantenga a la corredera empujada totalmente hacia la izquierda. Cuando se corta la corriente y la solenoide se desenergiza, el resorte empuja energicamente a su vez a la corredera hacia la derecha conectandose entonces las puertas del cuerpo de la valvula de la manera demostrada en la figura

 

Las valvulas solenoides siempre se representan en los esquemas de circuiteria con el conexionado correspondiente a su posicion desenergizada.

 

Reelevadores

Con los relevadores fue posible establecer automaticamente una secuencia de operaciones, programas tiempos de retardo o conteo de eventos, pero aun con todas sus ventajas, por su naturaleza electromecanica, tienen un solo periodo de vida, sus partes conductoras de corriente en algun momento pueden dañarse y mas aun, la inconveniencia mas importante de la logica con relevadores, es su naturaleza fija, es decir, la logica de un panel de reles es establecida por los diseñadores desde un principio y mientras la maquina dirigida por este panel este llevando los mismo pasos en la misma secuencia, todo esta perfecto. Pero cuando se necesite un cambio de produccion en las operaciones de ese proceso, la logica del panel debe ser re-diseñada, y si el cambio es muy grande puede ser mas economico desechar el panel actual y construir uno nuevo involucrando gran cantidad de tiempo, trabajo y materiales, a parte de las perdidas ocasionadas en la produccion.

Relevador Marca FESTO

El modulo incluye tres reles con conexiones y dos barras colectoraspara la alimentacion de tension. Todos los conectores de seguridad son de 4mm. La unidad se monta sobre un bastidor o en el panel de practicas perfilado mediantre cuatro adaptadores enchufables.

 

tipos de dispositivos electricos

 

Botoneras

Funcionamiento:

Incluye contactos normalmente cerrados y contactos normalmente abiertos, además de lámparas indicadoras.

Estos contactos abren o cierran circuitos eléctricos.

Es necesario el enclavamiento de estos por medio de relevadores para mantener el circuito con un solo botonazo sin necesidad de mantenerlo presionado

El contacto abierto es aquel que al energizar la bobina que lo controla se cierra

El contacto normalmente cerrado es aquel que cuando se energiza la bobina que lo controla se abre

Algunos otros elementos frecuentemente utilizados son los contactores con un tiempo de retardo en los cuales sus contactos se activan hasta un intervalo de tiempo después de que se energiza la bobina del mismo.

Circuitos Electrohidralicos

Para el diseño de un circuito es imprescindible el conocimiento exacto de las necesidades y trabajos a realizar por los elementos accionadores (velocidades, fuerzas, tiempos, ciclos, etc.) asi como las limitaciones (espacio, potencia disponible, tipo de energia, etc.) con los datos del diseño. Y con la ayuda de los simbolos, se hace un croquis  en el que se dibujan los elementos accionadores y los impulsores, a continuacion se elabora una secuencia de los movimientos y trabajos a realizar.

Estos movimientos y trabajos o fases del ciclo ayudaran a definir los componentes de regulacion y control que se han de intercalar entre el accionador final y el elemento impulsor. Finalmente se añaden al croquis los accesorios del sistema.

Una vez realizado el croquis del circuito, se enumeran los componentes, y en una relacion aparte se les da el nombre y apellido: lo que en el croquis era una bomba debe definirse y concretarse en tipo, velocidad de funcionamiento, presion de trabajo, etc. El cilindro debe definirse en funcion de su longitud de carrera, areas, diametro del vastago, etc. Y asi se hara con cada uno de los componentes ( tipo de conexión y montaje, escala de los indicadores, tipo de fluido, etc)