INTRODUCCIÓN. Depósito Legal: NA3220/2010 ISSN: REVISTA ARISTA DIGITAL

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1 Depósito Legal: NA220/200 7-APLICACIÓN DEL ÉTODO PASO A PASO AL DISEÑO DE CIRCUITOS ELECTRONEUÁTICOS 0/0/20 Número 8 AUTOR: Javier Domínguez Equiza. CENTRO TRABAJO: IES Cinco Villas INTRODUCCIÓN El método paso a paso es una modalidad de diseño de circuitos neumáticos secuenciales utilizado para desarrollar secuencias que presentan simultaneidad en las señales de las válvulas que producen los movimientos de los cilindros. Aunque esté algo desfasado se sigue utilizando con fines didácticos en la enseñanza de automatismos neumáticos. Este artículo trata sobre una versión del método paso a paso aplicado al diseño de circuitos electroneumáticos. Esta versión se denomina paso a paso mínimo. El contenido de este artículo se encuadra en la enseñanza de los automatismos eléctricos y neumáticos dentro de un proceso de acercamiento a la programación de autómatas. Los ejercicios resueltos contienen circuitos pensados para su ensamblaje en paneles didácticos. Para su aplicación práctica se deben tener en cuenta las normas de seguridad sobre los equipos eléctricos y neumáticos de las máquinas así como otros aspectos normativos o legales aplicables en cada caso. Contenido Introducción. Conexión de los relés de activación de grupos. Conexión de las solenoides. Realización de los esquemas eléctricos. Desarrollo sistemático del método paso a paso mínimo en electroneumática. Ejemplos. Bibliografía. Asimismo, se debe tener en cuenta que existen otras formas de desarrollar los mismos circuitos mediante métodos intuitivos o sistemáticos utilizando menos relés. Las electroválvulas distribuidoras utilizadas para el control de los cilindros neumáticos son biestables. En los capítulos a se exponen los principios del método paso a paso mínimo. En el capítulo 4 se desarrolla un ejemplo detalladamente. Finalmente, en el capítulo se exponen las soluciones a otros ejemplos. Página 72 Núm. 8 ayo 20

2 Depósito Legal: NA220/200. CONEXIÓN DE LOS RELÉS DE ACTIVACIÓN DE GRUPOS La primera etapa del método paso a paso en sus versiones para neumática y electroneumática consiste en la división en grupos de las fases de que consta la automatización. Las fases son los movimientos de avance o de retroceso que realizan los cilindros. Los cilindros se designan mediante letras mayúsculas: A, B, C, etc. Las fases se identifican mediante la letra que representa a cada cilindro seguida del signo + si el cilindro avanza o del signo si el cilindro retrocede. Los criterios para formar grupos a partir de las fases son dos: en un mismo grupo no puede haber fases de un mismo cilindro y el número de grupos resultante debe ser el menor posible. Por ejemplo, si se trata de diseñar el circuito eléctrico para la secuencia A+B+B-C+C-A- los grupos resultantes serían : las fases A+ y B+ formarían el grupo I, las fases B- y C+ constituyen el grupo II y, finalmente, las fases C- y A- forman el grupo III. El método paso a paso que se desarrolla en este artículo sólo es aplicable cuando el número de grupos es mayor o igual a tres; no debe usarse si el número de grupos resultante es dos. El método que se propone requiere la utilización de un relé de memoria por grupo. A este relé de memoria se le llama también relé de activación de grupo. En la siguiente figura se muestra la conexión del relé de activación del grupo i. El valor de i varía desde a n, siendo n el número de grupos. 2 Final de carrera que genera el cambio al grupo i. El grupo anterior prepara la activación. El primer grupo no lleva. S K i- K i Enclavamiento del grupo actual. El grupo actual es desactivado por el siguiente grupo. K i+ K i Figura : Esquema general de la conexión eléctrica del relé de activación del grupo i.. Esquema de conexión de los relés de activación para grupos. En la siguiente figura se representa el conexionado de los relés de activación de grupos o relés de memoria cuando se precisan grupos (n es igual a ): Página 7 Núm. 8 ayo 20

3 Depósito Legal: NA220/ FC-G2 FC-G FC-G 2 6 Figura 2: Esquema de conexión eléctrica para 2 relés de memoria. FC-G, FC-G2 y FC-G son respectivamente los finales de carrera que activan el movimiento de los grupos, 2 y. Se trata de los últimos finales de carrera activados en cada grupo, éstos activan el grupo siguiente..2 Esquema de conexión de los relés de activación para grupos. En la siguiente figura se representa el conexionado de los relés de memoria para 4 grupos (n es igual a 4): FC-G2 FC-G FC-G4 FC-G Figura : Esquema de conexión eléctrica para 4 relés de memoria. Página 74 Núm. 8 ayo 20

4 Depósito Legal: NA220/200. Esquema de conexión de los relés de activación para grupos. En la siguiente figura se representa el conexionado de los relés de memoria cuando se requieren grupos (n es igual a ): FC-G2 FC-G FC-G4 FC-G K FC-G K K Figura 4: Esquema de conexión eléctrica para relés de memoria..4 Esquema de conexión de los relés de activación para más de grupos. Los esquemas de conexión de relés para más de grupos se realizan de manera similar utilizando tantos relés de activación como grupos. 2. CONEXIÓN DE LAS SOLENOIDES Después de diseñar los esquemas de conexión de las memorias o relés de activación de los grupos se procede a realizar las conexiones de las solenoides de las electroválvulas que controlan los movimientos de los cilindros. Se empieza realizando el esquema de conexión en paso a paso mínimo de las electroválvulas (solenoides) primeras de cada grupo. Estas son las solenoides que reciben la señal para realizar los primeros movimientos de cada grupo. En la siguiente figura se representa el esquema general para el caso en que requieran n grupos. A partir de este esquema se pueden obtener los esquemas para, 4 o más grupos. Página 7 Núm. 8 ayo 20

5 Depósito Legal: NA220/ Kn OV. OV. 2 OV..... OV. n Figura : Esquema de conexión eléctrica de las solenoides de las electroválvulas que realizan los primeros movimientos de cada grupo. En el esquema de la figura siguiente se representa la conexión de las solenoides que controlan las primeras señales de cada grupo para el caso en que se necesite utilizar grupos (n igual a ): 2 G G2 G Figura 6: Esquema de conexión eléctrica de las solenoides que realizan los primeros movimientos de cada grupo particularizado para grupos. G, G2 y G son las solenoides que reciben la señal para realizar los primeros movimientos de los grupos, 2 y respectivamente. Si se necesitaran 4 grupos el esquema de la figura anterior se transformaría en el de la figura siguiente: Página 76 Núm. 8 ayo 20

6 Depósito Legal: NA220/ G G2 G G4 Figura 7: Esquema de conexión eléctrica de las solenoides que realizan los primeros movimientos de cada grupo particularizado para 4 grupos. En el caso de necesitarse solamente grupos el esquema se convierte en el indicado en la siguiente figura. 2 4 K G G2 G G4 G Figura 8: Conexión eléctrica de las solenoides que realizan los primeros movimientos de cada grupo particularizado para grupos. Después de realizar la conexión de las primeras solenoides de cada grupo se conectan las siguientes, grupo por grupo. Las siguientes solenoides de cada grupo son las que no son primeras, es decir, las segundas, terceras, etc. Para esto se debe tener en cuenta que el último fin de carrera de la fase anterior da paso a la siguiente fase y que se conectan al ramal de tensión del movimiento al que pertenecen, a la salida de contacto Este aspecto se puede apreciar mejor en el capítulo 4 mediante la realización de un ejemplo. En las siguiente figuras se representan las conexiones de las segundas señales de cada grupo tomando como base las figuras anteriores (6, 7 y 8). Si en algún grupo existe solamente una señal, ésta es la primera y no sería necesario añadir el ramal en paralelo. Si, por el contrario, en algún grupo existen más de dos señales, se añadirían en paralelo a la segunda. Página 77 Núm. 8 ayo 20

7 Depósito Legal: NA220/200 Debe tenerse muy en cuenta que los finales de carrera son los que activan las señales, es decir, los accionados en la fase inmediatamente anterior. En la siguiente figura se representa la parte del esquema eléctrico correspondiente a la conexión de unas hipotéticas segundas señales para el caso en que se necesiten grupos FC-2G FC-2G2 FC-2G G 2G G2 2G2 G 2G Figura 9: Conexión eléctrica de las solenoides que realizan los segundos movimientos de cada grupo para grupos. En la siguiente figura se representa la parte del esquema eléctrico de las segundas señales para 4 grupos FC-2G FC-2G2 FC-2G FC-2G4 G 2G G2 2G2 G 2G G4 2G4 Figura 0: Conexión eléctrica de las solenoides que realizan los segundos movimientos de cada grupo para 4 grupos. Finalmente, en la figura siguiente se tiene el esquema eléctrico correspondiente a la conexión de las segundas señales para grupos. Página 78 Núm. 8 ayo 20

8 Depósito Legal: NA220/ K 0 FC-2G FC-2G2 FC-2G FC-2G4 FC-2G G 2G G2 2G2 G 2G G4 2G4 G 2G Figura : Conexión eléctrica de las solenoides que realizan los segundos movimientos de cada grupo para grupos.. REALIZACIÓN DE ESQUEAS ELÉCTRICOS. En este capítulo se explica como realizar los esquemas eléctricos a partir de los principios expuestos en los dos capítulos anteriores unificando en un mismo esquema la parte dedicada a la conexión de los relés de memoria y la de conexión de las solenoides.. Esquema de conexión eléctrica para grupos. Al esquema de la figura 2 se le añade la adaptación del esquema de la figura 6 obteniéndose el esquema de la figura 2. Se trata de un esquema tipo que hay que adaptarlo a cada aplicación. Por ejemplo se ha supuesto que en cada grupo hay 2 fases o movimientos cuando podría haber solamente un movimiento, tres movimientos o más de tres. Se hace notar que los finales de carrera son activadores del movimiento, es decir, los que se accionan en la fase anterior FC-G FC-G2 FC-G 2 FC-2G FC-2G2 FC-2G G 2G G2 2G2 G 2G Figura 2: Esquema de conexión eléctrica tipo para grupos y 2 movimientos por grupo. Página 79 Núm. 8 ayo 20

9 Depósito Legal: NA220/200 La nomenclatura utilizada para los finales de carrera se define en la siguiente tabla: Sensor FC-G FC-G2 FC-G FC-2G FC-2G2 FC-2G Descripción Final de carrera activador del grupo. Final de carrera activador del grupo 2. Final de carrera activador del grupo. Final de carrera activador del movimiento 2 del grupo. Final de carrera activador del movimiento 2 del grupo 2. Final de carrera activador del movimiento 2 del grupo. Localización en el cuadro de trabajo Último final de carrera del grupo. Último final de carrera del grupo. Último final de carrera del grupo 2. Primer final de carrera del grupo. Primer final de carrera del grupo 2. Primer final de carrera del grupo. Tabla : Nomenclatura utilizada para los finales de carrera. La nomenclatura utilizada para las solenoides es la de la siguiente tabla: Sensor G 2G G2 2G2 G 2G Descripción Señal que produce el primer movimiento del grupo. Señal que produce el segundo movimiento del grupo. Señal que produce el primer movimiento del grupo 2. Señal que produce el segundo movimiento del grupo 2. Señal que produce el primer movimiento del grupo. Localización en el cuadro de trabajo Primera fase del grupo. Segunda fase del grupo. Primera fase del grupo 2. Segunda fase del grupo 2. Primera fase del grupo. Señal que produce el segundo Segunda fase del grupo. movimiento del grupo. Tabla 2: Nomenclatura utilizada para los finales de carrera. De manera similar se pueden completar los esquemas para 4, o más grupos. Página 80 Núm. 8 ayo 20

10 Depósito Legal: NA220/ DESARROLLO SISTEÁTICO DEL ÉTODO PASO A PASO ÍNIO EN ELECTRONEUÁTICA. Se aplicarán las nociones expuestas en los capítulos anteriores a la resolución de un ejemplo de diseño de un circuito electroneumático. El procedimiento de diseño del circuito se ha dividido en 7 etapas que se desarrollan a continuación.. Definir la secuencia a partir de la aplicación práctica que se trata de automatizar. Para este desarrollo se tomará la siguiente secuencia: A+ B+ B- C+ C- A- Tabla : Fases de la secuencia. En la secuencia, que consta de 6 fases, intervienen cilindros: A, B y C. 2. Dividir la secuencia de trabajo en grupos de manera que en un mismo grupo no haya dos letras iguales, y, al mismo tiempo, que en cada grupo haya el máximo número de letras. En este caso se necesitan tres grupos como se indica en la tabla siguiente. Grupo I Grupo II Grupo III A+B+ B-C+ C-A- Tabla 4: Grupos de la secuencia.. Dibujar todos los cilindros que intervengan con sus correspondientes válvulas de mando. Para este ejemplo se utilizaran electroválvulas /2 biestables. A B0 C0 C Y(A+) Y2(A-) Y(B+) Y4(B-) Y(C+) Y6(C-) 2 Figura : Esquema neumático para tres cilindros con electroválvulas biestables. Página 8 Núm. 8 ayo 20

11 Depósito Legal: NA220/ A cada posición del cilindro le corresponde una señal en su válvula /2 biestable y un final de carrera que es activado en esa posición. A partir de estos conceptos se realiza el cuadro de trabajo: FASE GRUPO Señal en la válvula Final de carrera A+ Y (A+) a I B+ Y (B+) b B- Y4 (B-) b 0 II C+ Y (C+) c C- Y6 (C-) c o III A- Y2 (A-) a 0 Tabla : Cuadro de trabajo para la secuencia A+B+B-C+C-A-. Se observa que las señales que producen cambio de grupo son las de los finales de carrera b, c y a 0. Este aspecto se utilizará posteriormente.. Dibujar los relés o memorias de grupo. En este ejemplo al requerir grupos se utilizarán relés de memoria:, y. El conexionado de estos relés se detalla en la siguiente figura. El final de carrera a 0 es el activador del grupo I, el b es el activador del grupo II y el c es el activador del grupo III C 2 6 Figura 4: Parte del esquema eléctrico relativo a la conexión de los relés de memoria. 6. Realizar el conexionado eléctrico de las primeras señales de cada grupo, que en este caso son las señales Y, Y4 e Y6. Este conexionado se indica en la parte derecha de la siguiente figura: Página 82 Núm. 8 ayo 20

12 Depósito Legal: NA220/ C Y Y4 Y Figura : Conexión de las solenoides que mandan los primeros movimientos de los grupos. 7. Realizar el conexionado eléctrico de las siguientes señales de cada grupo. En la siguiente figura se indica el conexionado de las siguientes señales del grupo I. Se trata solamente de la señal Y: C A Y Y Y4 Y Figura 6: Conexión de las solenoides que mandan los siguientes movimientos del grupo, en este caso Y. Y en la siguiente figura se indica el conexionado de las siguientes señales del grupo II, que se reduce a la señal Y. Página 8 Núm. 8 ayo 20

13 Depósito Legal: NA220/ C A B0 Y Y Y4 Y Y Figura 7: Conexión de las solenoides que mandan los siguientes movimientos del grupo 2 (Y). Finalmente, en la siguiente figura se indica el conexionado de las siguientes señales del grupo III, que se limita a la señal Y C 2 A B0 C0 Y Y Y4 Y Y6 Y Figura 8: Conexión de las solenoides que mandan los siguientes movimientos del grupo (Y2). El esquema de conexionado eléctrico queda de la forma indicada en la figura anterior. Realiza un ciclo único. Página 84 Núm. 8 ayo 20

14 Depósito Legal: NA220/200. EJEPLOS RESUELTOS. En este capítulo se resumen los resultados de dos ejemplos adicionales resueltos aplicando el método paso a paso mínimo.. Secuencia con dos cilindros y tres grupos: A+A-B+B-. El cuadro de trabajo a partir del que se toman las decisiones para realizar las conexiones eléctricas según el método propuesto se recoge en la siguiente tabla: FASE GRUPO Señal en la válvula Final de carrera A+ I Y (A+) a A- Y2 (A-) a 0 II B+ Y (B+) b B- III Y4 (B-) b 0 Tabla 6: Cuadro de trabajo para la secuencia A+A-B+B-. En la siguiente figura se representa el esquema correspondiente al circuito neumático. A B Y Y2 Y Y4 2 Figura 9: Esquema neumático para los cilindros A y B. Y en la siguiente figura se representa el esquema correspondiente al circuito eléctrico para la secuencia A+A-B+B-. Página 8 Núm. 8 ayo 20

15 Depósito Legal: NA220/ A B0 Y Y2 Y Y Figura 20: Esquema eléctrico para la secuencia A+A-B+B-..2 Secuencia con tres cilindros y fases simultáneas. En este ejemplo se resumen los resultados de la secuencia indicada en la siguiente tabla: A+ B+ A- B- C+ C- Tabla 7: Fases de la secuencia. Intervienen tres cilindros y consta de tres fases debido a que en las dos primeras se realizan movimientos simultáneos de dos y tres cilindros respectivamente. En la siguiente tabla se tiene el cuadro de trabajo. En la columna final de carrera se escriben los finales de carrera que se accionan al terminar la fase. FASES GRUPOS Señales en las válvulas Final de carrera A+B+ I Y (A+) Y (B+) a y b A-B-C+ II Y2 (A-) Y4 (B-) Y (C+) a 0, b 0 y c C- III Y6 (C-) c 0 Tabla 8: Cuadro de trabajo para la secuencia de la tabla 7. El esquema de potencia neumático es el ya conocido: Página 86 Núm. 8 ayo 20

16 Depósito Legal: NA220/200 A B0 C0 C Y(A+) Y2(A-) Y(B+) Y4(B-) Y(C+) Y6(C-) 2 Figura 2: Esquema neumático para los cilindros A, B y C. El esquema de mando eléctrico se representa en la siguiente figura: A B0 C0 C 0 Y Y Y2 Y4 Y Y Figura 22: Esquema eléctrico para la secuencia de la tabla 7.. Secuencia con tres cilindros y 4 grupos: A+A-B+B-C+C-. La secuencia de este ejemplo requiere su división en 4 grupos tal como se indica en el cuadro de trabajo de la tabla siguiente: Página 87 Núm. 8 ayo 20

17 Depósito Legal: NA220/200 FASE GRUPO Señal en la válvula Final de carrera A+ I Y (A+) a A- Y2 (A-) a 0 II B+ Y (B+) b B- Y4 (B-) b 0 III C+ Y (C+) c C- IV Y6 (C-) c 0 Tabla 9: Cuadro de trabajo para la secuencia A+A-B+B-C+C-. En la siguiente figura se representa el esquema de conexiones eléctricas A C C0 B0 Y Y2 Y Y4 Y Y Figura 2: Esquema eléctrico para la secuencia A+A-B+B-C+C-. Página 88 Núm. 8 ayo 20

18 Depósito Legal: NA220/200 BIBLIOGRAFÍA Aceves López, A.; Electroneumática, Cembranos Nistal, F.J.; Automatismos Eléctricos, Neumáticos e Hidráulicos, Editorial Paraninfo, adrid, 999. Lladonosa, V.; Circuitos básicos de electroneumática, arcombo Boixareu Editores, Barcelona, 997. Bellido, A.; Elementos de neumática y mando neumático, n&task=cat_view&gid=42&itemid=8, Pany,. Scharf, S.; Electroneumática: nivel básico, Festo Didactic GmbH, Denkendorf, 200. Festo Didactic GmbH; Festo FluidSim.4. Neumática, Festo Didactic GmbH, Denkendorf, Festo Didactic GmbH; Festo FluidSim 4. Neumática: manual de usuario, Festo Didactic GmbH, Denkendorf, Página 89 Núm. 8 ayo 20