Dpto. de Ingeniería de Sistemas y Automática

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1 Dpto. de Ingeniería de Sistemas y Automática

2 INDICE. La automatización y el control industrial 2. Sistemas básicos de control 3. Diseño de automatismos 4. El autómata programable 5. Sensores 6. Actuadores 7. Regulación y control industrial

3 Qué pasos se dan para la automatización? Cómo se representan los sistemas automáticos? Cómo se realizan lo cálculos? Qué tecnologías se emplean?

4 AUTOMATISMOS COMBINACIONALES Y SECUENCIALES Un sistema combinacional es aquel cuyas salidas dependen únicamente del estado de sus entradas, con total independencia de cuál sea el estado inicial de partida. Entradas X A X B CIRCUITO COMBINACIONAL Z A Z B Salidas La función o funciones de transferencia del sistema son simplemente funciones lógicas que relacionan las salidas con las entradas mediante combinación de los operadores «Y», «O» y «NO».

5 AUTOMATISMOS COMBINACIONALES Y SECUENCIALES Desde un punto de vista estructural, los sistemas secuenciales están formados por interconexión de bloques combinacionales, pero aparece en ellos un elemento nuevo, una variable interna que se introduce nuevamente como entrada. Este tipo de variables internas hace que la respuesta del sistema ya no dependa exclusivamente de las entradas, sino que dependa también del estado interno, por lo cual se suelen llamar variables de estado. Desde el punto de vista del modelo matemático, la función o funciones de transferencia de un sistema secuencial siguen siendo funciones lógicas, pero contienen variables internas que guardan «memoria» del estado del sistema o, si se quiere, de su evolución anterior. Las salidas y las entradas están relacionadas por los operadores «Y», «O», «NO» y «MEMORIA». De hecho, los nombres de los operadores para la función memoria suelen llamarse SET (memorizar un ) y RESET (memorizar un O). Entradas Z A CIRCUITO COMBINACIONAL ELEMENTOS DE MEMORIA Z B Salidas

6 AUTOMATISMOS COMBINACIONALES Y SECUENCIALES COMBINACIONALES SECUENCIALES El estado de la salida puede determinarse conociendo el estado de los tres interruptores. En este sistema el conocimiento de que los dos pulsadores estén en reposo no es suficiente para determinar si el motor está girando o no. Otro ejemplo: Un ascensor en el que se consideren como entradas todos los pulsadores y sensores del mismo y como salida el accionamiento del motor (el cual puede girar en los dos sentidos). El conocimiento que se tenga en un instante determinado de las entradas, no es suficiente para determinar la acción del motor, es necesario además disponer de la información de la posición de la cabina (estado en que se encuentra el sistema).

7 REPRESENTACION DE LOS AUTOMATISMOS Un sistema automatizado comprende un determinado número de dispositivos conectados entre sí y que realizan una serie de funciones más o menos complejas. Estas funciones se representan gráfica y simbólicamente de diferentes formas dependiendo de la tecnología empleada en su implementación. En este tema se verán diferentes formas de representar los esquemas de automatización dejando para temas posteriores la representación simbólica nemotécnica propia de los autómatas programables.

8 REPRESENTACION DE LOS AUTOMATISMOS Las funciones que realizan los sistemas de automatización y control son funciones algebraicas estudiadas ya por los antiguos babilonios (hasta el 5 a.c.), desarrolladas en Grecia como lógica proposicional (aprox. 3 a.c.) y adaptadas en el siglo XIX por el matemático ingles George Boole (Lógica Booleana). AND OR NAND NOR NOT XOR

9 LOGICA DE CONTACTOS Denominamos contactos a los elementos de automatización como relés, contactores, interruptores y pulsadores Este sistema de representación se sigue empleando en los sistemas cableados e incluso se ha incorporado en muchos sistemas electrónicos y programables. NORMAS CEI: Comisión Electrotécnica Internacional o International Electrotechnical Comission (IEC) NORMAS NEMA: National Electrical Manufacturers Association (NEMA) NORMAS DIN: Deutsches Institut für Normung

10 LOGICA DE CONTACTOS Entradas Pulsadores, interruptores, captadores tales como finales de carrera, detectores de proximidad, etc. Son los dispositivos físicos mediante los cuales el automatismo realiza la observación de las variables de entrada. Las variables de entrada pueden ser clasificadas como : Variables de entrada directa Variables de entrada inversa La variable de entrada directa, da un "" lógico cuando es activada. La variable de entrada inversa, da un "" lógico cuando es activada. Se representará pues como una variable negada. Salidas Los elementos de salida se asocian a las variables de salida de las funciones lógicas. Casi siempre vendrán implementadas físicamente por el circuito de mando de un relé o de un contactor.

11

12 LOGICA DE CONTACTOS

13 FUNCION LÓGICA OR Equivale a la conexión en PARALELO de diversos elementos de entrada. OR

14 FUNCION LÓGICA AND Equivale a la conexión en SERIE de diversos elementos de entrada. AND

15 COMBINACIONES Evidentemente, las funciones OR y AND (paralelo y serie) admiten todas sus posibles combinaciones para formar funciones lógicas más complejas.

16 FUNCION NOT También denominada negación, inversión o complemento. FUNCION NAND Combinación de una AND y un NOT NAND

17 FUNCION NOR Combinación de una OR y un NOT NOR FUNCION XOR Función OR exclusiva XOR

18 DISTINTAS TECNOLOGÍAS DE IMPLEMENTACIÓN TECNOLOGÍA ELÉCTRICA Sencillez de los sistemas de mando Muy extendida, experiencia en el sector Complejidad del cableado y el mantenimiento TECNOLOGÍA NEUMÁTICA Sencillez de los sistemas de mando Rapidez de respuesta del sistema neumático Economía de los sistemas neumáticos una vez instalados Instalaciones caras en general mantenimiento costoso del circuito de aire Puede desarrollar grandes fuerzas Sencillez de operación TECNOLOGÍA HIDRAULICA Instalaciones muy caras en general Suciedad y vertidos en las instalaciones Velocidad de respuesta muy lenta

19 IMPLEMENTACION DE AUTOMATISMOS ELECTRICOS En general, para la implementación de un automatismo eléctrico se deben tener en cuenta las siguientes normas : La salida de cada ecuación se implementará con un contactor o relé Las entradas de la ecuación se realizan con contactos ( interruptores, pulsadores o contactos auxiliares de los contactores) Cuando en una ecuación aparece como entrada una salida, dicha entrada se realiza con un contacto auxiliar del contactor que implementa dicha ecuación Las multiplicaciones de variables en una ecuación equivalen a poner en serie los elementos que representan dichas variables Las sumas de variables en una ecuación equivalen a poner en paralelo los elementos que componen dicha suma Las negaciones de variables en una ecuación equivalen al empleo de elementos ( pulsadores o contactos ) normalmente cerrados En ocasiones, será necesario recurrir al Algebra de Boole para la simplificación de funciones.

20 SIMBOLOGIA EMPLEADA EN AUTOMATISMOS ELECTRICOS La norma IEC 82- define y fomenta los símbolos gráficos y las reglas numéricas o alfanuméricas que deben utilizarse para identificar los aparatos, diseñar los esquemas y realizar los equipos eléctricos. Las referencias de los equipos eléctricos se preceden del signo -. Corriente alterna Corriente continua Conductor principal Conductor auxiliar Haz de 3 conductores Repr. de un hilo

21 SIMBOLOGIA EMPLEADA EN AUTOMATISMOS ELECTRICOS CONTACTOS Contacto NA (de cierre) Contacto NC (de apertura) Interruptor Interruptor - seccionador Seccionador Fusible - seccionador Contactor Contactos temporizados al accionamiento Contactos temporizados al desaccionamiento

22 SIMBOLOGIA EMPLEADA EN AUTOMATISMOS ELECTRICOS RELES ELECTROMECANICOS Posibilita el gobierno de potencias superiores a las que necesita para su propio funcionamiento. Características: Aislamiento galvánico Fácil control Bajo coste Presencia de rebotes en sus contactos, sobre todo en la conexión.

23 SIMBOLOGIA EMPLEADA EN AUTOMATISMOS ELECTRICOS SECCIONADOR El seccionador eléctrico es un dispositivo mecánico capaz de mantener aislada una instalación eléctrica de su red de alimentación. Es un dispositivo de ruptura lenta, puesto que depende de la manipulación de un operario.

24 SIMBOLOGIA EMPLEADA EN AUTOMATISMOS ELECTRICOS SECCIONADOR Este dispositivo, por sus características, debe ser utilizado siempre sin carga o en vacío. Es decir, el proceso de desconexión debe seguir necesariamente este orden:. Desconexión del interruptor principal. 2. Desconexión del seccionador. 3. Colocación del candado de seguridad en la maneta del seccionador (siempre que sea posible), de esta forma evitamos que otro operario de forma involuntaria conecte el circuito. 4. Colocación del cartel indicativo de avería eléctrica o similar. 5. Ahora y SOLAMENTE AHORA, podemos manipular la instalación afectada.

25 SIMBOLOGIA EMPLEADA EN AUTOMATISMOS ELECTRICOS MANDOS DE CONTROL Contactor Contactor auxiliar Contactor de puesta en marcha retardada Contactor de puesta en reposo retardada Contactor de enclavamiento mecánico Bobina de electroválvula

26 SIMBOLOGIA EMPLEADA EN AUTOMATISMOS ELECTRICOS ORGANOS DE MEDIDA Relé de sobreintensidad de efecto magnético Relé de corriente máxima Relé de sobreintensidad de efecto térmico Relé de mínima tensión Relé de falta de tensión Dispositivo accionado por nivel de fluido Dispositivo accionado por caudal Dispositivo accionado por presión

27 SIMBOLOGIA EMPLEADA EN AUTOMATISMOS ELECTRICOS RELÉ DE SOBREINTENSIDAD DE EFECTO MAGNÉTICO Se disparan de forma instantánea ante sobrecargas elevadas o cortocircuitos. RELÉ DE SOBREINTENSIDAD DE EFECTO TÉRMICO Se disparan tras un cierto tiempo de estar sometidos a sobrecorrientes leves. Son muy empleados para proteger motores eléctricos. RELÉ MAGNETOTERMICO Aúnan las características de los relés térmicos y los magnéticos protegiendo a la vez contra cortocircuitos y contra sobrecorrientes leves mantenidas.

28 SIMBOLOGIA EMPLEADA EN AUTOMATISMOS ELECTRICOS RELÉ DE SOBREINTENSIDAD DE EFECTO TÉRMICO Los relés térmicos disponen de relevadores bimetálicos ( por fase) a través de los que fluye la corriente del motor. Los relevadores bimetálicos se doblan debido a la influencia del calor, y esto da como resultado la interrupción del relé. Presentan una escala de regulación en Amperios. De acuerdo con normas internacionales y nacionales, la corriente de regulación es la corriente nominal del motor y no la corriente de interrupción (sin interrupción a corriente de regulación,5 x I, interrupción a corriente de regulación,2 x I).

29 SIMBOLOGIA EMPLEADA EN AUTOMATISMOS ELECTRICOS RELÉ DIFERENCIAL Los dispositivos diferenciales protegen a las personas, en baja tensión, contra los riesgos eléctricos tanto de los contactos directos como de los indirectos. En las instalaciones eléctricas los contactos directos e indirectos están siempre asociados a una corriente de defecto que no regresa a la fuente de alimentación por los conductores activos, debido a que en algún punto de uno de dichos conductores activos ha habido alguna corriente de fuga a tierra. Dichos contactos representan un peligro para las personas, y la presencia de dichas corrientes supone también en algunos casos un riesgo de deterioro o destrucción para los receptores o las instalaciones.

30 SIMBOLOGIA EMPLEADA EN AUTOMATISMOS ELECTRICOS RELÉ DIFERENCIAL Un Relé Diferencial o Dispositivo Diferencial Residual (DDR), que habitualmente se denomina diferencial, es un dispositivo de protección asociado a un captador toroidal, por el interior del cual circulan todos los conductores activos de la línea a proteger (fase/s y neutro). Su función es la de detectar una diferencia de corriente o más exactamente una corriente residual.

31 SIMBOLOGIA EMPLEADA EN AUTOMATISMOS ELECTRICOS RELÉ DIFERENCIAL

32 SIMBOLOGIA EMPLEADA EN AUTOMATISMOS ELECTRICOS COMPROBAR EN CASA

33 SIMBOLOGIA EMPLEADA EN AUTOMATISMOS ELECTRICOS MANDOS MECANICOS Dispositivo de retención Dispositivo de retención liberado Retorno automático Retorno no automático Enclavamiento mecánico Dispositivo de bloqueo Dispositivo de bloqueo activado Mando mecánico manual de pulsador Mando mecánico manual rotativo Mando mecánico manual de seta

34 SIMBOLOGIA EMPLEADA EN AUTOMATISMOS ELECTRICOS RELÉS TEMPORIZADOS AL ACCIONAMIENTO (CONEXIÓN) El relé temporizador a la conexión permite realizar una temporización a partir del instante de conexión de su bobina. Normalmente suele aportar dos contactos temporizados, una NA y otro NC, como se puede ver en la siguiente figura.

35 SIMBOLOGIA EMPLEADA EN AUTOMATISMOS ELECTRICOS RELÉS TEMPORIZADOS AL DESACCIONAMIENTO (DESCONEXIÓN) El relé temporizador a la desconexión permite realizar una temporización a partir del instante de desconexión de su bobina. Normalmente suele aportar dos contactos temporizados, una NA y otro NC, como se puede ver en la siguiente figura.

36 ESQUEMAS DE MANDO Y ESQUEMAS DE POTENCIA En los automatismos cableados se diferencian en general dos zonas, una de potencia y otra de mando (control) y señalización. Ambas zonas se encuentran separadas eléctricamente de forma que la parte de potencia no pueda dañar la parte de control. El acoplamiento entre ambas zonas es realizado mediante contactos accionados electromagnéticamente: contactores, relés térmicos, etc. La mejor forma de representar los esquemas cableados es la de representar por un lado la parte de potencia y por otra la de mando y señalización. De esta manera se facilita la comprensión del esquema.

37 EJEMPLO: ESQUEMA DE MANDO Representacióndesarrollada Separa d e m a n e raclara el esquema d e m a n do c o n respecto al defuerza(potencia). Por logeneral e s e l mejor procedimientopara entender el funcionamiento de unautomatismocableado. Esquemademando F PIA 3 STOP RESET S 2 F F T 4 T 2 6 T3 Contactor KM. 3-4 Contacto NO(normalment eabierto) A-A2Alimentacióndel contactor,por ejemplo2 4 Vc.a. S.Hacereferencia aunpulsador. -2.Indica l o sbornesde conexión. Eneste caso,-2obligaaquesea uncontacto NC(normalmentecerrado). S L 3L2 5L3 3 N O 2 N C A 4 KM 4 4 N O 2 2 N C A 2 2T 4T2 6T A A2 KM A C 2 X X2 Verde H X X2 Roja X X2 S.Hacereferencia aunpulsador. 3-4.Indica l o sbornesde conexión. Eneste caso,3-4obligaaquesea uncontacto NO(normalmente abierto). A-C. Abiertosycerrados. Note queelcontactor K M tieneun contactoabierto enlalínea(vertical)númer o2 Señalización luminosa(pilotos) H x.hacereferencia aindicadorluminoso. X-X2.Bornesdeconexióndelpiloto.

38 EJEMPLO: ESQUEMA DE POTENCIA

39 EJEMPLO ARRANQUE DIRECTO DE UN MOTOR TRIFÁSICO MEDIANTE INTERRUPTOR La asociación de un interruptor, un contactor y un relé de protección térmica permite el corte en carga y protege contra sobrecargas. Circuito de potencia Circuito de control

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