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1 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD PROFESIONAL ADOLFO LÓPEZ MATEOS DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN DESARROLLO DE UNA METODOLOGÍA PARA LA EVALUACIÓN DE PROYECTOS DE AUTOMATIZACIÓN DE PROCESOS ELECTRONEUMÁTICOS MEDIANTE UN AUTÓMATA PROGRAMABLE Y UNA INTERFAZ HUMANO-MAQUINA A TRAVÉS DE SIMULACIÓN VIRTUAL QUE PARA OBTENER EL GRADO DE: INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN PRESENTAN: Hernández Talledos Francisco Javier Martínez Martínez José Juan Rodríguez Vázquez Raziel Humberto Soto Ramírez Ivonne Cecilia Torres Rodríguez MÉXICO D.F. 2011

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3 AGRADECIMIENTOS El presente trabajo es el resultado de un gran esfuerzo en conjunto conformado por profesores, amigos, compañeros y nuestras familias, con los cuales estaremos infinitamente agradecidos por su apoyo incondicional, pues con sus consejos, enseñanzas y observaciones; se concluye este proyecto con el cual finalizamos años de esfuerzo y dedicación. Agradeceremos por siempre al Instituto Politécnico Nacional y a la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica por albergarnos en sus aulas y empaparnos de conocimiento. Siempre estaremos orgullosos de pertenecer a una de las mejores instituciones de excelencia académica del país. A todos nuestros profesores que nos compartieron gran parte de su sabiduría, pero en especial al ingeniero Humberto Soto Ramírez, por confiar siempre en nosotros, guiarnos en la elaboración de esta tesis, ser pieza fundamental en nuestro desarrollo profesional y apoyarnos en todo momento. Al profesor Humberto Becerra por compartirnos gran parte de sus conocimientos y apoyarnos siempre en aspectos técnicos de nuestro trabajo, Gracias por darnos siempre un espacio para asesorarnos y tendernos la mano en momentos críticos que sin su ayuda nada de esto habría sido posible. Agradecemos a nuestros maestros de instrumentación y control por siempre resolver nuestras dudas y enriquecernos con su valiosa opinión apoyándonos siempre y en todo momento. A todos nuestros amigos. Su apoyo siempre seguirá siendo fundamental en el cumplimiento de nuestros objetivos, siempre aprenderemos de ustedes y sobre todo siempre nos incitarán a mejorar pues de cualquier forma siempre contribuyen a nuestro bienestar En general al toda la carrera de Ingeniería en Control y Automatización GRACIAS FRANCISCO JAVIER HERNANDEZ TALLEDOS JOSE JUAN MARTINEZ MARTINEZ RAZIEL RODRIGUEZ VAZQUEZ

4 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL INDICE OBJETIVO I OBJETIVOS PARTICULARES I JUSTIFICACION II INTRODUCCION III CAPÍTULO I FUNDAMENTOS TEÓRICOS 1.1 AUTOMATIZACIÓN OBJETIVOS DE LA AUTOMATIZACIÓN NIVELES DE AUTOMATIZACIÓN TECNOLOGÍAS DE AUTOMATIZACIÓN COMPONENTES DE LA AUTOMATIZACIÓN NEUMÁTICA VENTAJAS DE LA NEUMÁTICA DESVENTAJAS DE LA NEUMÁTICA ELEMENTOS GENERADORES DE ENERGÍA ELEMENTOS DE TRATAMIENTO DE AIRE ELEMENTOS DE MANDO Y CONTROL ELEMENTOS ACTUADORES METODOS SISTEMATICOS EN LA REALIZACION DE ESQUEMAS MÉTODO EN CASCADA MÉTODO PASO A PASO FORMACION DE GRUPOS DE SEÑAL NEUMÁTICA ELECTRONEUMÁTICA INTRODUCCIÓN ENTRADAS DE SEÑAL CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE PLC INTERFAZ HUMANO MAQUINA ( HMI ) TIPOS DE HMI FUNCIONES DE UN SOFTWARE HMI TAREAS DE UN SOFTWARE DE SUPERVISIÓN Y CONTROL TIPOS DE SOFTWARE DE SUPERVISIÓN Y CONTROL PARA PC COMO FACILITAN LAS TAREAS DE DISEÑO LOS PAQUETES ORIENTADOS HMI/SCADA ESTRUCTURA GENERAL DEL SOFTWARE HMI PUNTOS CLAVE QUE DEBE CUMPLIR UNA SOLUCIÓN SCADA CAPÍTULO II SOFTWARE 2.1 CONFIGURACIÓN BÁSICA DE PROFICY MACHINE EDITION TALADRADORA ELEMENTOS EMPLEADOS SECUENCIA NOTACION SIMPLIFICADA DIAGRAMA ESPACIO-FASE INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN

5 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 2.3 LOGIC DEVELOPER PLC PROGRAMACION EN EL MICRO PLC VERSAMAX LOGIC DEVELOPER PC FLUIDSIM USO DE DRIVERS PROFICY VIEW WONDERWARE INTOUCH CREACIÓN DE UN NUEVO PROYECTO VENTANA DE EDICIÓN DESARROLLO DE PROGRAMAS VINCULACIÓN DE ELEMENTOS CAPTÍTULO III DESARROLLO Y EVALUACIÓN DE LA METODOLOGÍA 3.1 PALETIZADORA ELEMENTOS EMPLEADOS DIAGRAMA DE FLUJO SECUENCIA NOTACION SIMPLIFICADA DIAGRAMA ESPACIO-FASE DIAGRAMA ELECTRONEUMATICO MÉTODO CASCADA DESARROLLO DE LA AUTOMATIZACIÓN CON PROFICY MACHINE EDITION DESARROLLO DE HMI CONCLUSIONES ANEXO I SIMBOLOGIA NEUMATICA (DIN ISO 1219) ANEXO II TABLA COMPARATIVA DE PLC s INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN

6 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Capítulo I Fundamentos teóricos INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN Página 1

7 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 1.1 AUTOMATIZACIÓN Dentro del campo de la producción industrial, la automatización ha pasado de ser una herramienta de trabajo deseable a una herramienta indispensable para competir en el mercado globalizado. Ningún empresario toma a la ligera la automatización de sus procesos para aumentar la calidad de sus productos, reducir los tiempos de producción, realizar tareas complejas, reducir los desperdicios y los tiempos muertos, pero sobre todo aumentar la rentabilidad OBJETIVOS DE LA AUTOMATIZACIÓN Los objetivos que persigue la automatización de procesos industriales son: Reducir la mano de obra Simplificar el trabajo Mayor eficiencia Disminución de piezas defectuosas Mayor calidad Incremento de la productividad y competitividad Control de calidad más estrecho Integración con sistemas empresariales NIVELES DE AUTOMATIZACIÓN La automatización se puede clasificar, de acuerdo a su aplicación, en los siguientes niveles: Operación manual. Se elaboran piezas sin recurrir a máquinas. El ser humano realiza las operaciones usando herramientas. Es responsable de seguir el orden correcto de operaciones. Mecanizado. La máquina realiza la operación, sin embargo el ser humano opera la máquina y es responsable de seguir la secuencia de operaciones. Automatización parcial. La máquina realiza varias operaciones en secuencia y de forma autónoma, pero necesita de la intervención humana para poner y retirar piezas. Automatización total. La máquina es totalmente autónoma. no necesita intervención humana. El operador realiza tareas de supervisión y mantenimiento preventivo. Integración. INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN Página 2

8 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Todas las máquinas están interconectadas y trabajan cooperativamente. la intervención humana es requerida a nivel gestión y planeación estratégica. Tecnologías en la automatización industrial Eléctrica y electrónica Neumática Hidráulica Control automático Informática industrial Comunicación Fig Pirámide de la automatización TECNOLOGÍAS DE AUTOMATIZACIÓN La automatización es el conjunto de distintas tecnologías para la manipulación de procesos estas tecnologías son: Neumática: Movimientos lineales y rápidos. Hidráulica: Movimientos de alta potencia. Mecánica: Mecanismos y accionamientos. Electricidad: Motores y herramientas. Electrónica: Control y comunicaciones. Híbridos: Combinan una o más tecnologías ya antes mencionadas INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN Página 3

9 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL COMPONENTES DE LA AUTOMATIZACIÓN. Según los elementos de la automatización, un proceso se puede clasificar, según sus componentes, en: Actudores Controladores Sodtware Proceso Redes Sensores Fig Elementos que conforman la automatización ACTUADORES Movimientos lineales, rotativos ó combinados. Fuerzas y altas velocidades de operación. Sistemas de manipulación (pinzas y vacío) Servo sistemas: (ejes neumáticos, ejes eléctricos) SENSORES Dispositivos que detectan magnitudes físicas y las transforman en señales eléctricas. TIPOS DE SENSORES Analógicos: parámetros sensibles a magnitudes físicas Resistencia desplazamiento, temperatura, fuerza (galgas) Capacidad desplazamiento, presencia Autoinducción, reluctancia desplazamiento (núcleo móvil) Efecto Seebeck temperatura (termopar) Piezoelectricidad fuerza, presión Dispositivos electrónicos temperatura, presión INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN Página 4

10 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Avanzados: ionización, ultrasonidos, laser, cámaras CCD, etc. Digitales: binarios o n bits Fin de carrera presencia (interruptor) Dilatación temperatura (termostato) Resistencia, capacidad, autoinducción presencia Efecto fotoeléctrico presencia (1 bit), posición (n bits), velocidad CONTROLADORES Equipos electrónicos para el control y funcionamiento de los procesos. Señales de entrada: Sensores. Señales de salida: Actuadores. Temporizados. Contadores. Almacenamiento de datos. Transmisión de información 1.2 NEUMÁTICA La neumática es la tecnología que utiliza el aire comprimido como fluido de trabajo, El aire comprimido es aire tomado de la atmósfera y confinado a presión en un espacio reducido, este se produce en un elemento llamado compresor, que es una bomba de aire comprimido accionada normalmente por un motor eléctrico. Este aire se almacena en un depósito denominado receptor. Desde éste, el aire es conducido a través de válvulas, las cuales son elementos que mandan o regulan la puesta en marcha, el paro y la dirección, así como la presión y el caudal del fluido enviado por el compresor y los actuadores son los encargados de aprovechar la energía del aire comprimido y realizar el trabajo deseado. (Salvador, 1999, pág. 8) VENTAJAS DE LA NEUMÁTICA Algunas de las ventajas que presenta el utilizar esta tecnología son: El aire es de fácil captación y abunda en la tierra El aire no posee propiedades explosivas, por lo que no existen riesgos de chispas. Los actuadores pueden trabajar a velocidades razonablemente altas y fácilmente regulables El trabajo con aire no daña los componentes de un circuito por efecto de golpes de ariete. Las sobrecargas no constituyen situaciones peligrosas o que dañen los equipos en forma permanente. Los cambios de temperatura no afectan en forma significativa. Energía limpia INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN Página 5

11 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Cambios instantáneos de sentido DESVENTAJAS DE LA NEUMÁTICA Al ser una tecnología basada en la presión de aire y el transporte del mismo, la neumática presenta algunas desventajas: En circuitos muy extensos se producen pérdidas de cargas considerables Requiere de instalaciones especiales para recuperar el aire previamente empleado Las presiones a las que trabajan normalmente, no permiten aplicar grandes fuerzas Altos niveles de ruido generado por la descarga del aire hacia la atmósfera DISPOSITIVOS NEUMÁTICOS Los dispositivos utilizados en la neumática se pueden clasificar en los siguientes elementos ELEMENTOS GENERADORES DE ENERGÍA. Son dispositivos destinados a propiciar un aumento de la presión de un fluido en estado gaseoso, y reduciendo su volumen, por lo que se les llama compresores. Pueden emplear motores eléctricos o de combustión, llevan un deposito (para almacenar el aire), manómetro (mide la presión) y la unidad de mantenimiento que filtrara y regulara la presión de aire o gas de entrada, manómetro que mide la presión en línea o ejercida sobre un actuador. (W. Deppert, 2001) Fuente de presión neumática. Acumulador de aire a presión. Manómetro. Tabla 1. 1 Elementos generadores de energía ELEMENTOS DE TRATAMIENTO DE AIRE. El aire comprimido debe estar libre de humedad, partículas de polvo y conviene que tenga un cierto contenido de aceite lubricante para de este modo proteger a las válvulas y actuadores por los que circula. La unidad de INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN Página 6

12 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL mantenimiento de aire consta, por tanto, de un filtro (elimina partículas sólidas y agua por centrifugado), y de un lubricador de aceite. (W. Deppert, 2001) Unidad de mantenimiento. Filtro. Lubricador. Tabla 1. 2 Elementos para el tratamiento del aire ELEMENTOS DE MANDO Y CONTROL. Estos elementos son las tuberías y válvulas que conducen de forma adecuada el aire. Las tuberías suelen ser de acero en grandes instalaciones, aunque también de plástico flexible en determinados tramos. Es frecuente que la red principal sea un circuito cerrado con el fin de garantizar alimentaciones uniformes. En cuanto a las válvulas, conviene entender la simbología de las de control de caudal; se las nombra con dos números; por ejemplo válvula 3/2 quiere decir que tiene 3 orificios o vías y 2 posiciones. Se dibujan tantos cuadros como posiciones tiene y en cada uno de ellos se representa mediante flechas el estado o forma de comunicarse dichos orificios. (W. Deppert, 2001) Válvula 2/ Válvula 3/ Válvula 4/ Válvula 5/ Tabla 1. 3 Elementos de mando y control INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN Página 7

13 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Físicamente las válvulas están formadas por un cuerpo donde se ubican los conductos internos y orificios de salida y un elemento móvil que puede ser de asiento o corredera que tiene la función de dar las distintas posiciones de la válvula. Todas llevan algún tipo de accionamiento: Manual: general, pulsador seta, palanca y pedal (todos con o sin enclavamiento) Mecánico: palpador, muelle, rodillo y rodillo abatible unidireccional. Neumático: por presión de aire. Eléctrico: por un electroimán ELEMENTOS ACTUADORES. Transforman la energía de presión de aire en energía mecánica. Pueden ser cilindros, de movimiento alternativo, motores, o de movimiento rotativo. (W. Deppert, 2001) Motor neumático. Cilindro simple efecto. Cilindro doble efecto. Cilindro de múltiples posiciones. Ventosas. Tabla 1. 4 Elementos actuadores METODOS SISTEMATICOS EN LA REALIZACION DE ESQUEMAS Los métodos sistemáticos se basan en evitar la simultaneidad de señales de presión en pilotajes contrapuestos. Para ello, lo que se hace es canalizar dichas señales y permitir que estén presentes solamente cuando sean necesarias. Dos son los métodos empleados: método en cascada, y método paso a paso. Cada uno de ellos con características y limitaciones propias. INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN Página 8

14 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL En todos los casos se forman grupos de salida de señal, de forma tal, que a una señal de entrada corresponde una única señal de salida, mientras el resto de los grupos se encuentran conectados a escape. Para confeccionar estos esquemas se tiene en cuenta en primer lugar la secuencia de los actuadores; después se dibujan dichos actuadores, y a continuación, los distribuidores neumáticos con la alimentación hacia dichos elementos. Al ser el mando secuencial, cada cilindro accionará dos microválvulas o dos captadores de información: uno al final de la salida del vástago y otro al final del recorrido de retroceso. La interconexión de estos captadores de señal con el resto del circuito, seguirá unas determinadas reglas que dependerán del procedimiento seleccionado. Con estos métodos sistemáticos se trata de evitar las válvulas de ruleta abatible y los temporizadores anuladores de señal. (W. Deppert, 2001) MÉTODO EN CASCADA La conexión de memorias en cascada es una de las formas clásicas empleadas para obtener las señales en cada uno de los grupos seleccionados anteriormente. Esta técnica de alimentación de grupos se empezó a utilizar en relés de circuitos eléctricos y después se adaptó al campo de la neumática. Como ya se sabe, una válvula neumática accionada por doble pilotaje es biestable o se dice que posee memoria. Esta denominación proviene, de que, al proporcionar señal depresión por uno de los pilotajes, aunque sea una señal instantánea, la corredera permanece en esta última posición hasta que otra señal contraria la lleva nuevamente a su anterior estado. Es decir, la válvula recuerda la última señal recibida y aunque ésta desaparezca, la corredera mantiene su última posición. Como podrá apreciarse en cada uno de los casos que se exponen, se trata de obtener una señal de salida hacia uno de los grupos, cuando se activa una determinada señal de entrada. Todos los demás grupos estarán conectados a escape. Para apreciar los distintos montajes se ha comenzado por el caso más simple de 2 grupos. Como se ha dicho anteriormente, sólo será precisa una memoria. En la figura 1-5 se muestra este montaje con una única memoria. En él puede apreciarse la correspondencia entre las señales de entrada y las de salida. Si existe señal de entrada en (e1), se obtendrá señal de salida en el grupo (G1), y el grupo (G2), se encontrará conectado a escape. Lo mismo ocurre con señal en (e2) que proporcionará señal a (G2) y (G1) comunicará con el aire atmosférico. En la figura 1-6 se muestra un montaje para 3 grupos. Habrá, pues, dos memorias. Obsérvese también aquí la correspondencia de señales. Con señal en el pilotaje (e1) se obtiene señal de salida en el grupo (G1). El resto de los grupos se encuentran en comunicación con el escape. Con señal en (e2), se obtiene presión en el grupo (G2). Aquí es preciso aclarar que las válvulas reciben presión de forma ordenada y sucesiva, y por tanto, la señal en (e2) se recibe después de haberse obtenido la señal en (e1), con lo cual la corredera de esta última permanece en la última posición. De esta forma los grupos (G1) y (G3) se ponen a escape. Con INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN Página 9

15 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL señal de entrada en (e3) se recibe señal en el grupo (G3) y también rodos los demás están conectados a escape. Fig Conexión en cascada para dos grupos Fig conexión en cascada para cuatro grupos En la figura 1-7 se muestra un montaje de memorias en cascada para 4 grupos. Se utilizan, pues, 3 memorias conectadas tal y como se muestra. Fig Conexión en cascada de cuatro grupos Partiendo de la posición indicada, y con presión en el pilotaje (e1), se proporciona presión de salida al grupo (G1); todos los demás grupos estarán en comunicación con la atmósfera. Al alimentar (e2) de la memoria superior, el grupo (G2) recibe presión. Si se alimenta ahora el pilotaje (e3) es el grupo (G3) el que recibe señal de salida de presión. Y para terminar, con la presión en (e4) es el grupo (G4) el que queda alimentado. En todos y cada uno de los casos puede observarse que, a excepción del grupo que recibe presión, los demás están conectados automáticamente a escape. Este sistema proporciona una gran seguridad en la elaboración de esquemas, ya que sólo reciben señal de presión aquellos elementos que realmente lo necesitan; los demás son ignorados. Es interesante observar también que, al final del ciclo o, lo que es lo mismo, cuando todos los grupos han sido sometidos a señal neumática, el último de ellos siempre queda con presión. De esta forma cualquier señal de presión falsa que pueda aparecer en la máquina, hará que se alimenten sólo las microválvulas de este grupo, INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN Página 10

16 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL y, por tanto, se tendrá tendencia a provocar en la máquina siempre la última fase del ciclo de trabajo. (W. Deppert, 2001) MÉTODO PASO A PASO La conexión de memorias paso a paso es otra de las formas de evitar de una forma racional que existan señales permanentes en los pilotajes cuando dichas señales son innecesarias. En la figura 1-8 se muestra un montaje paso a paso para alimentar 3 grupos. Como puede apreciarse, cada válvula memoria alimenta su propio grupo de forma independiente y directa. Con presión en el pilotaje (e1) se alimenta el grupo (G1) mientras todos los demás se comunican con el aire atmosférico o a escape; con aire a presión en (e2) se proporciona presión al grupo (G2), y con aire en (e3) se da señal al (G3). En todos los casos puede comprobarse que sólo hay señal en el grupo correspondiente al pilotaje activado; los demás comunican con el exterior. Fig Conexión paso a paso para tres grupos En la figura 1-9 se muestra un montaje de memorias mediante este sistema para alimentar 4 grupos. El montaje es siempre el mismo independientemente del número de grupos. Puede observarse que, en reposo, el último grupo se representa con presión neumática siempre por las razones expuestas anteriormente en el montaje en cascada. Con este tipo de montaje paso a paso, no es posible la conexión de sólo 2 grupos. El sistema es utilizable para los casos en los cuales el número de grupos sea superior a 2. Las razones pueden apreciarse en la figura Al igual que ocurría en el montaje en cascada, cada uno de los grupos alimentará el pilotaje de la memoria posterior, a través de los detectores de información correspondientes. Fig Conexión paso a paso para cuatro grupos INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN Página 11

17 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Obsérvese aquí que cuando se alimenta (e2), la memoria también recibe presión en el contrapilotaje a través del mismo grupo (G1), y la corredera no puede ser desplazada. Por tanto es preciso excluir el caso de dos grupos en los montajes paso a paso. (W. Deppert, 2001) Fig Conexión paso a paso para dos grupos FORMACION DE GRUPOS DE SEÑAL NEUMÁTICA Se trata de formar grupos de conexiones con señal de presión coincidente. Para ello, y sobre la misma secuencia del ciclo, se formarán dichos grupos. Debajo de la mencionada secuencia se indicarán los captadores de señal que son accionados por cada grupo. Esta formación se realizará de forma tal, que empezando por la izquierda de la secuencia no deben coincidir, en un mismo grupo, letras repetidas Para simplificar el sistema se procurará que haya el mínimo número posible de grupos. En estos grupos, no hay límite de número de letras. Como máximo, en un grupo habrá tantas letras como accionadores existen en el ciclo. Veamos cómo se forman dichos grupos. Para ello combinemos 2 actuadores de formas diferentes. Encima de cada grupo se anotará el número del grupo. Así supongamos las secuencias representadas en la figura Fig Formación de grupos Para completar esta selección de grupos, conviene incluir también en la misma secuencia y debajo de la misma, los captadores de información que acciona cada uno de los grupos. Para ello, y recordando lo que se dijo en cuanto a la referenciación de dichos captadores, el captador (a0) será accionado por el vástago del INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN Página 12

18 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL cilindro (A) en el retroceso y el (a1), lo será en el avance. Este criterio se seguirá para todos los cilindros. Así por ejemplo, y observando la figura 1-12, con tres cilindros y la secuencia (e) anterior, se tendrá: Fig Secuencia de tres cilindros Así en esta secuencia, el grupo (1) sólo alimentará con señal de presión los captadores de información (a1) y (b1); el grupo (2) alimentará los captadores (a9), (c) y (b0), y para terminar, el grupo (3) alimentará solamente el captador de señal (c0). Aunque la idea de formación de grupos y la incorporación de los correspondientes captadores, puede parecer un tanto abstracta, enseguida se dará cuenta el estudiante de la utilidad de estos sistemas metódicos cuando se confeccionen esquemas neumáticos. Antes de que ello ocurra, todavía será preciso insistir más en esa formación teórica. (W. Deppert, 2001) 1.3 ELECTRONEUMÁTICA INTRODUCCIÓN La neumática básica o pura produce la fuerza mediante los actuadores o motores neumáticos, lineales o rotativos, pero además el gobierno de éstos y la introducción de señales, finales de carrera, sensores y captadores, se efectúa mediante válvulas exclusivamente neumáticas, es decir el mando, la regulación y la automatización se realiza de manera totalmente neumática. En la electroneumática los actuadores siguen siendo neumáticos, los mismos que en la neumática básica, pero las válvulas de gobierno mandadas neumáticamente son sustituidas por electroválvulas activadas con electroimanes en lugar de pilotadas con aire comprimido. Las electroválvulas son convertidores electroneumáticos que transforman una señal eléctrica en una actuación neumática. Por otra parte los sensores, finales de carrera y captadores de información son elementos eléctricos, con lo que la regulación y la automatización son, por tanto, eléctricas o electrónicas. Las ventajas de la electroneumática sobre la neumática pura son obvias y se concretan en la capacidad que tienen la electricidad y la electrónica para emitir, combinar, transportar y secuenciar señales, que las hacen extraordinariamente idóneas para cumplir tales fines. Se suele decir que la neumática es la fuerza y la electricidad los nervios del sistema. INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN Página 13

19 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Teniendo en cuenta lo anterior se puede definir la electroneumática como la tecnología que trata sobre la producción y transmisión de movimientos y esfuerzos mediante el aire comprimido y su control por medios eléctricos y electrónicos. La electroneumática es un paso intermedio entre la neumática básica y los autómatas programables, donde éstos por sí solos controlan el sistema con las ventajas singulares que conllevan. Un sistema electroneumático consta de un circuito neumático simple y en paralelo circuitos eléctricos, en ocasiones bastantes complejos, donde tiene una gran importancia la forma de representación de cada elemento. El circuito eléctrico está formado por: Elementos eléctricos para la entrada de señales Elementos eléctricos o electrónicos para el procesamiento de señales ENTRADAS DE SEÑAL Estos elementos tienen el cometido de introducir las señales eléctricas procedentes de diferentes puntos con distintos tipos y tiempos de accionamiento. Cuando el control de tales elementos sucede por la unión de contactos eléctricos, se habla de mando por contacto, en caso contrario de mando sin contacto o electrónico. En cuanto a la función se distingue entre los de contacto de cierre, de apertura y de conmutación. El contacto de cierre tiene el cometido de cerrar un circuito, el de apertura ha de abrirlo y el de conmutación abre y cierra dos circuitos respectivamente. En la figura 1-13 se indican sus respectivos símbolos de representación. Obsérvese la numeración de los contactos. Fig Contactos INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN Página 14

20 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL El contacto de conmutación es un ensamblaje constructivo de contacto de cierre y de apertura. Ambos contactos tienen un elemento móvil de conexión. Este elemento de conexión, en posición de reposo tiene contacto siempre sólo con una conexión. El accionamiento de estos elementos puede tener lugar manual o mecánicamente o bien por mando a distancia, con energía de mando eléctrica o neumática. 1.4 CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE PLC Los controladores lógico programables (PLC) fueron inventados como respuesta a las necesidades de la industria automotriz. Inicialmente fueron adoptados por las empresas para sustituir la lógica cableada. Un controlador lógico programable ( Programable Logic Controller PLC) es un dispositivo operado digitalmente, que usa una memoria para el almacenamiento interno de instrucciones con el fin de implementar funciones específicas, tales como lógica, secuenciación, registro y control de tiempos, conteo y operaciones aritméticas, para controlar a través de estradas/salidas digitales o analógicas, varios tipos de máquinas o procesos. Los PLCs operan de manera secuencial y cíclica, es decir, una vez finalizado el recorrido completo de un programa, comienza a ejecutar su primera instrucción. Los elementos que componen al PLC son: Unidad central de proceso Módulos de entrada Módulos de salida Fuente de alimentación Dispositivos periféricos Interfaces La unidad central (CPU) es el cerebro del PLC. Este toma las decisiones relacionadas al control de la maquina o proceso. Durante su operación, el CPU recibe entradas de diferentes dispositivos de sensado, ejecuta decisiones lógicas basadas en un programa almacenado en la memoria y controla los dispositivos de salida de acuerdo al resultado de la lógica programada. Los módulos de entradas y salidas son la sección del PLC en donde sensores y actuadores son conectados y a través de los cuales el PLC monitorea y controla el proceso. La fuente de alimentación convierte altos voltajes de corriente de línea (115V 230V CA) a bajos voltajes (5V, 15V, 24V CD) requeridos por el CPU y los módulos de entradas y salidas. El funcionamiento del PLC es un continuo ciclo cerrado, primero el sistema operativo inicia la vigilancia de tiempo de ciclo, después el CPU escribe los valores de imagen de proceso de las salidas en los módulos de salida, a continuación la CPU lee el estado de las entradas en los módulos de entrada y actualiza la imagen INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN Página 15

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