UNIDAD 5 "APLICACIONES DE LA NEUMÁTICA-ELECTRÓNICA E HIDRÁULICA-ELECTRÓNICA"

Unidad 5 "Aplicaciones de la Neumática-Electrónica e Hidráulica-Electrónica."

5.1 Automatización de sistemas neumáticos e hidráulicos.

       Introducción:

La automatización es un sistema donde se trasfieren tareas de producción, realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos tecnológicos.   

Un sistema automatizado consta de dos partes principales:

·         Parte de mando.

·         Parte operativa

 

La Parte Operativa es la parte que actúa directamente sobre la máquina. Son los elementos que hacen que la máquina se mueva y realice la operación deseada. Los elementos que forman la parte operativa son los accionadores  de las máquinas como motores, cilindros, compresores.                          

La Parte de Mando suele ser un autómata programable (tecnología programada), aunque hasta hace bien poco se utilizaban relés electromagnéticos, tarjetas electrónicas o módulos lógicos neumáticos (tecnología cableada). En un sistema de fabricación automatizado el autómata programable está en el centro del sistema. Este debe ser capaz de comunicarse con todos los constituyentes de sistema automatizado.

La automatización de los sistemas neumáticos e hidráulicos se realiza en base a equipos modernos que constan de un dispositivo electrónico que puede ser programado por el usuario y se utiliza en la industria para resolver problemas de secuencias en la maquinaria o procesos, ahorrando costos en mantenimiento y aumentando la confiabilidad de los equipos.

Ø  Sistemas PLC

PLC: máquina electrónica programable por personal no informático, destinada a cumplir en un ambiente industrial y en tiempo real funciones de automatismos lógicos, combinatorios y secuenciales.

 

 

Se trata de un sistema modular, con una CPU y terminales de entrada/ salida.

 §  Diagrama de bloques:

 

 §  Ciclo de control/tratamiento PLC:                                       

                 - Leer entradas

                 - Calcula salidas

                 - Escribir salidas

 

 

Ø  Sistemas de Automatización Neumática Mecanismos Habituales: Compresores, electroválvulas, émbolos etc. Ejemplos: Frenos de Ferrocarriles, máquinas de disparo neumático etc.

Ø  Sistemas de Automatización Hidráulica: Presenta características muy similares a los mecanismos neumáticos, solo que el mando hidráulico tiene un tiempo de respuesta inferior al mando neumático. Ejemplos: dirección de automóvil, prensas hidráulicas....

 

 

    5.1.1 Operaciones básicas de programación de PLC.

·         Operaciones Lógicas.

Las operaciones lógicas más utilizadas son: AND, OR, NOT, EXOR.

A continuación se presentan las tablas de verdad que las definen. Los programadores de PLC tienen formación en múltiples disciplinas y esto determina que exista una diversidad de lenguajes. Los programadores de aplicaciones familiarizados con el área industrial prefieren lenguajes visuales, por su parte quienes tienen formación en electrónica o informática optan inicialmente por los lenguajes escritos.

 

AND – Conjunción.

La operación lógica AND -conjunción- entrega como resultado V si todas las entradas son V. Esta se aplica en situaciones en las que se requiere realizar una acción si y  sólo sí se cumplen un determinado número de condiciones. En lenguaje de contactos se realiza disponiendo los contactos en serie.

Ejemplo: En el circuito se activa Q1.2 cuando I1.0, I1.1 e I1.2 son verdaderas. De hecho, el PLC evalúa la rama ejecutando la operación lógica Q1.2 = I1.0 AND I1.1 AND I1.2.

 

 

OR - Disyunción.

La operación lógica OR -disyunción - entrega como resultado V siempre que alguna de las entradas sea V, lo que se logra poniendo los contactos en paralelo.

Ejemplo: En el circuito se activa Q1.3 si alguna de las entradas I1.0 o I1.1 se activa. La operación lógica es Q1.3 = I1.0 OR I1.1.

 

NOT - Inversión.

La operación lógica NOT – inversión- entrega como resultado el estado contrario al presente en la entrada, esto se logra con el uso de Contactos Normal Cerrado.

Ejemplo: Función y operación realizada es Q1.0 = NOT I1.0.

 

 

EXOR - OR – Exclusiva.

 

La EXOR - OR -exclusiva- es V si alguna de las entradas, pero nunca ambas, es V también; se puede decir que es V si y sólo si las entradas son distintas. Analicemos detenidamente el circuito que la realiza.

Ejemplo: Para realizar la operación Q1.0 = I1.0 EXOR I1.1, se debe efectuar una combinación de operaciones AND y OR: Q1.0 = ((I1.0 AND (NOT I1.1)) OR ((NOTI1.0) AND I1.1)).En el lenguaje de contactos es frecuente aquel caso en el cual las operaciones lógicas deben resolverse a partir de contactos normal abierto y normal cerrado.

 

·         Operaciones aritméticas

Las operaciones aritméticas en KOP se realizan entre Enteros (16 bits) y Reales (32bits).

Estas operaciones se llevarán a cabo en el módulo de operación aritmética correspondiente cuando se active la entrada de activación EN.

 

 

Las operaciones aritméticas con reales son iguales cambiando la I por R.

Otras operaciones aritméticas muy útiles en KOP son el incremento y el decremento que nos permiten aumentar o disminuir una variable en una unidad cuando la entrada de activación este activa, y el resultado saldrá a una variable resultado.

Estas operaciones pueden aplicarse a variables tipo Byte, Entero y Doble Entero.

 

 

    5.1.2 Programación de PLC.

La programación de un PLC se realiza mediante periféricos del autómata, como pueden ser un PC, una consola de programación, un grabador EPROM, etc. El programa que más se ha utilizado hasta ahora ha sido el SYSWIN en sus diferentes versiones, pero se están empezando a utilizar nuevos programas más completos, como el CX-PROGRAMMER. 

 

·         Instrucciones de diagrama de relés.

 Vamos a referenciar las instrucciones por sus nemónicos. La mayoría de las instrucciones tienen asociados uno ó más operandos que indican ó suministran los datos sobre los que se ha de ejecutar cada instrucción, Estos suelen ser direcciones de canales o valores constantes, toda instrucción necesita uno o más canales de memoria.

 La mayoría de las instrucciones están disponibles en forma diferenciada y en forma no diferenciada, distinguiéndose las primeras por un símbolo de arroba (@) delante del nemónico de la instrucción. Una instrucción no diferenciada se ejecuta cada vez que es escaneada siempre que su condición de ejecución sea ON, mientras que una instrucción diferenciada se ejecuta sólo una vez después de que su condición de ejecución pase de OFF a ON. Si la condición de ejecución no ha cambiado o ha cambiado de ON a OFF desde la última vez que fue escaneada  la instrucción, ésta no se ejecutará.

 

 

Estas seis instrucciones básicas corresponden a las condiciones de ejecución en un diagrama de relés. Cada una de esta instrucciones y cada dirección de bit se puede utilizar tantas veces como sea necesario, no existe un número limitado ni restricciones en el orden en el que se deben utilizar mientras no se exceda la capacidad del PLC. Las combinaciones de estas condiciones determinan la ejecución o no de las siguientes instrucciones: 

 

 

OUT y OUT NOT se utilizan para controlar el estado del bit designado de acuerdo con la condición de ejecución. OUT pone a ON el bit designado A para una condición de ejecución ON y lo pone a OFF para una condición de ejecución OFF. OUT NOT pone a ON el bit designado para una condición de ejecución OFF y lo pone a OFF para una condición de ejecución ON. 

SET pone el bit operando a ON cuando la condición de ejecución es ON y no afecta al estado del bit operando cuando la condición es OFF. RESET pone a OFF el bit operando cuando la condición de ejecución es ON y no afecta al estado del bit operando cuando la ejecución es OFF.

 

 

 

 

 

 

 

 

DIFU y DIFD se utilizan para poner a ON el bit designado durante sólo un ciclo de scan. Estas instrucciones se utilizan cuando no hay disponibles instrucciones diferenciadas y se desea la ejecución de una instrucción sólo en un scan. (El programa se ejecuta continuamente ya que es cíclico. Un scan es una sola pasada a ese programa). Son útiles a la hora de simplificar la programación. Llevan un contacto asociado que se pone a ON durante solo un scan. 

 

IL se utiliza siempre junto a ILC para crear enclavamientos en el programa. Si la condición de ejecución de IL es ON el programa se ejecutará como está escrito, con una condición de ejecución ON para cada instrucción que haya entre IL e ILC. Si la condición de ejecución de IL es OFF no se ejecutarán las instrucciones que hay entre IL e ILC. 

El rango de V es de 000.0 a 999.9, sin escribir el punto decimal y N define el número de contador. Un temporizador se activa cuando su condición de ejecución se pone a ON y se resetea de nuevo al valor V cuando la condición de ejecución se pone a OFF. Existe un contacto asociado que se pone a ON cuando el temporizador termina la cuenta y este contacto asociado será condición de ejecución de cualquier otra instrucción. Los temporizadores se resetean cuando están enclavados entre IL e ILC. 

CNT se utiliza para descontar a partir del valor V cuando su condición de ejecución pasa de ON a OFF. Se resetea cuando su contacto de reset se pone a ON. También tiene un contacto asociado que se pone a ON cuando el contador termina de contar el valor V que sirve de condición de ejecución para cualquier otra instrucción. Los contadores no se resetean cuando se encuentran enclavados entre IL e ILC. 

 

Estas son las llamadas instrucciones de transferencia de datos más importantes:

MOV copia el contenido del canal S al canal D cuando su condición de ejecución es ON. S puede ser un canal ó un direccionamiento  inmediato ( un valor precedido del símbolo # ).

XFER copia los contenidos de los canales S, S+1, S+2,..., S+N a los canales D, D+1, D+2,..., D+N. N tiene que estar en código BCD.

BSET copia el contenido del canal S a todos los canales existentes entre St y E. S también puede ser un direccionamiento inmediato.

XCHG intercambia el contenido de los canales S y T.

Consultas:

• http://www.google.com.mx/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=web&cd=2&ved=0CEUQFjAB&url=http%3A%2F%2Fwww.uhu.es%2Fdiego.lopez%2FAI%2Fauto_trans-tema1.pdf&ei=dHN5Uoe_K8SlqAGKsoHYBw&usg=AFQjCNEiO5svdEgY346hhb9R5Af0GvyZlg&sig2=_DPSFiePQhHwFVNrCr2OMw

• http://www.sc.ehu.es/sbweb/webcentro/automatica/WebCQMH1/PAGINA%20PRINCIPAL/Automatizacion/Automatizacion.htm

• http://www.isa.uniovi.es/~vsuarez/ii/CursoOnline/11aoperaciones%20aritmeticas.htm

 

UNIDAD DE CONTROL HIDRONEUMATICO

Un tanque hidroneumático contiene aire y agua bajo presión. No tiene vejiga y el aire tiene contacto directo con el agua. El aire comprimido sirve como un cojín para ejercitar o absorber presión. Este tipo de tanque sirve tres funciones principales:

 

1. Entregar el agua según un rango de presión seleccionada para que la bomba de agua no corre sin parar.

2. Prevenir que una bomba no empieza de nuevo cada vez que el sistema de distribución haga una pedida menor de agua.

3. Reducir al mínimo los golpes de ariete.

 

Bombas para pozos y bombas de refuerzo trabajan en función con los tanques de

Presión para mantener una variación de presión consistente en el sistema. El tanque de presión mantiene el rango de ciclo de bombeo requerido para evitar que se sobrecaliente el motor de la bomba y produce una falla prematura del motor.

 

Los tanques hidroneumáticos funcionan mejor con un colchón de aire de ¼ a ½ la capacidad del tanque. Este colchón disminuye mientras el agua absorbe aire y el tanque pierde su capacidad de presurizar el sistema. Para evitar que pierda su capacidad de presurizar el sistema, debe haber un sistema automático para rellenar el volumen de aire. La adición de aire de forma manual no es la mejor manera para asegurar el funcionamiento proprio a largo plazo (Vea página 2 para

Ejemplos de cómo agregar aire). Cuando el ciclo del motor se enciende y apaga con demasiada frecuencia (más de 6 veces en una hora), el tanque de presión se ha vuelto anegado. Esto resulta en:

 

•Mayores costos de energía. Hace falta mucha electricidad para encender un motor de bomba y sostenerlo funcionando a toda velocidad.

 

•Ineficiencia. Mientras más profundo el pozo, más tiempo tarda la bomba en transportar el agua arriba y afuera del sistema. Una bomba de pozo puede ciclar tanto que solamente una pequeña cantidad de agua llegará al sistema antes de apagar otra vez.

 

•La falla de equipo. El encender y apagar con frecuencia puede sobrecalentar la bomba y resultar en la falla prematura del motor.

 

CONVERTIDOR HIDRONEUMATICO

Un hidroneumático es un convertidor, su función es convertir la energía hidráulica en neumática o viceversa, este se compone de un cilindro hidráulico y otro neumático unidos solidariamente entre si, en síntesis este elemento convierte fuerza neumática en hidráulica

Los Equipos Hidroneumáticos Residenciales (Para Casa) Sirven Para: Aumentar la presión en su regadera al momento de bañarse o en la llave de su fregadero al momento de lavar los trastes. Aumentar la presión del agua que alimenta sus aparatos electrodomésticos como lavadoras o lava vajillas, permitiendo que se llenen más rápido y que enjuaguen la ropa o los trastes con mayor presión.

Pueden utilizarse en: Casas, Residencias, Conjuntos Habitacionales o para Riego por Aspersión (La Manguera de su Jardín), por dar algunos ejemplos.

Los Equipos Hidroneumáticos Para Aplicaciones Comerciales Sirven Para: Aumentar la presión en tramos de tuberías muy largos como por ejemplo en centros comerciales, hospitales o edificios de oficinas; permitiendo que hay una presión uniforme y constante en todas las llaves de agua del edificio o instalaciones. Aumentar la presión en cafeterías o restaurantes para que funcionen con mayor eficiencia las cafeteras o lavadoras de trastes industriales, por mencionar algunas aplicaciones.

Estos hidroneumáticos pueden utilizarse para: Restaurantes, Cafeterías, Escuelas, Edificios, Gimnasios, Centros Comerciales, por dar algunos ejemplos.

Los Equipos Hidroneumáticos Para Aplicaciones Industriales Sirven Para: Aumentar la presión en líneas hidráulicas que alimentan equipos de producción que requieren una presión específica para poder funcionar correctamente. Para aumentar la presión en las redes hidráulicas de protección contra incendios, Para aumentar la presión y poder trasladar el agua con mayor eficacia de un punto a otro en una planta industrial Para equipos de aire acondicionado y muchas aplicaciones más.

Pueden utilizarse en: Hospitales, Hoteles, Moteles, Plantas Industriales, Fábricas, Bodegas o Almacenes entre otras aplicaciones.

SINCRONIZACIÓN ENTRE DOS CILINDROS

Son muchas las ocasiones en las que es necesario el movimiento sincronizado de varios cilindros hidráulicos. Se entiende por movimiento sincronizado que ambos actuadores hidráulicos comiencen a moverse y se detengan exactamente en el mismo instante y que, además, lo hagan con la misma velocidad lineal. Las aplicaciones de esta técnica son múltiples, la encontramos sobre aquellos mecanismos que son accionados por más de un actuador hidráulico. Como ejemplo podemos mencionar prensas, cizallas, movimiento de plataformas, movimiento de palas en maquinaria móvil, movimiento de cubiertas retráctiles, etc. Por su parte, en la industria papelera encontramos este tipo de movimientos sincronizados a la hora de accionar compuertas, movimientos de rodillos en la sección de formación, cajas de aspiración de zona húmeda, manejo de mandriles en la enrolladora, etc.

Existen diversas alternativas a la hora de diseñar un sistema hidráulico accionado por un movimiento sincronizado. Principalmente debemos pensar en el tipo de aplicación y en el grado de precisión que necesitamos. No es lo mismo tratar de sincronizar los actuadores hidráulicos para la apertura de una compuerta de 8 m de longitud que, por ejemplo, los diversos cilindros hidráulicos de la cubierta de un polideportivo de 110 m de largo. Dependerá del grado de exactitud que necesita el mecanismo para proporcionar un movimiento suave y, por supuesto, del grado de precisión en la alineación del mecanismo. Habrá ocasiones simples en las que el movimiento sincronizado se obtendrá implementando un sistema mecánico como pueda ser un eje de giro rígido que, uniendo dos palancas, proporcionará el movimiento sincronizado de ambas. En este caso el grado de precisión y exactitud del movimiento depende de la rigidez mecánica que queramos emplear. En otras ocasiones se podrá emplear el conexionado en serie o en paralelo de los actuadores hidráulicos junto con reguladores de caudal que proporcionen el sincronismo deseado, en este caso el grado de precisión es muy bajo. Vamos a ver, en esta ocasión, el empleo de los llamados divisores rotativos de caudal. Estos dispositivos hidráulicos dividen, de forma proporcional, un caudal procedente de nuestra central hidráulica en dos o más caudales de trabajo que serán empleados para el accionamiento de dos o más actuadores hidráulicos. El grado de precisión dependerá de la forma constructiva pudiéndose alcanzar valores de hasta ±0,5%. Os muestro dos ejemplos, en cada uno de ellos se emplea un tipo distinto de divisor de caudal en función de la precisión necesaria del mecanismo accionado.

Existen varias formas de hacerlo dependiendo de la precisión que se requiera.
En un primer caso se pueden nivelar resistencias R1+R2=R3+R4 en donde R1 y R3 son las resistencias en los cilindros hidráulicos y R2 con R4 son resistencias variables como controles de flujo que se deben colocar a la entrada de cada actuador y si el conjunto esta quiado mecánicamente y la resistencia no está cambiando esta puede ser una alternativa. 
Aunque la utilización de dos motores hidráulicos unidos mecánicamente son una solución más efectiva, también podemos considerar la conexión en serie de los dos actuadores.

Unidad 4 Circuitos Hidráulicos y Electrohidráulicos.

Unidad 4   " Circuitos hidráulicos y electrohidráulicos."

4.1 Desarrollo de circuitos típicos hidráulicos.

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.

2.- Diseño (hidráulico).

3.- Diseño (Eléctrico).

4.-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.

 

 

4.2 Desarrollo típicos de circuitos electrohidráulicos.

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 más complicadas.

 

Estas máquinas 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.

- 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 través de la bomba de instalación. Esta la impulsa obligándola a pasar por el circuito, hasta llegar a los puntos de utilización.

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

 

• Sistema de impulsión y bombeo.

Sistema intermedio compuesto por elementos de control, comando y conexiones

Actuadores y consumidores.

Electroválvulas:

La válvula de solenoide eléctrica funciona al suministrar corriente eléctrica al imán de la bobina, el campo magnético mueve el cuerpo de cilindro deslizante de la válvula, el cual dirige el aceite.

Cabe recordar que la única diferencia entre una válvula hidráulica/eléctrica y una válvula hidráulica 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.

Las válvulas solenoides siempre se representan en los esquemas de circuitería con el conexionado correspondiente a su posición desenergizada.

 

Circuitos Electrohidráulicos:

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.) así como las limitaciones (espacio, potencia disponible, tipo de energía, etc.) con los datos del diseño. Y con la ayuda de los símbolos, se hace un croquis  en el que se dibujan los elementos accionadores y los impulsores, a continuación 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 regulación 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 relación 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, presión de trabajo, etc. El cilindro debe definirse en función de su longitud de carrera, áreas, diámetro del vástago, etc. Y así se hará con cada uno de los componentes (tipo de conexión y montaje, escala de los indicadores, tipo de fluido, etc.)