CONTENIDO CAPÍTULO 1 25 CAPÍTULO 3 73 CAPÍTULO Sistemas Automáticos Industriales de Eventos Discretos

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1 CONTENIDO Sistemas Automáticos Industriales de Eventos Discretos Agradecimientos 9 El autor 19 Prólogo 21 Descarga de los programas citados en el libro 23 CAPÍTULO 1 25 Introducción a los sistemas automáticos industriales Introducción 25 Tipos de sistemas automáticos 26 Lazos de control Sistema de lazo abierto discreto Sistema de lazo cerrado discreto Sistema de lazo cerrado analógico Sistemas de eventos discretos Sistemas combinacionales y secuenciales Sistemas combinacionales Sistemas secuenciales Reconversión de equipo Estudio de factibilidad 41 Factibilidad técnica 41 Factibilidad de diseño 41 Tiempo de diseño e implementación Costo-beneficio 42 Procesos manuales Retorno de la inversión Preguntas de estudio 44 CAPÍTULO 2 45 Sistemas automáticos con base en relevadores Introducción Relevadores de control y de potencia Relevador electromecánico 46 Relevador detector de fases y secuencia 46 Relevador de sobrecarga 47 Relevador electromecánico de control 48 Efecto del viaje de los contactos de un relevador El relevador de potencia o contactor Relevador operado por tiempo 54 Solución de sistemas automáticos con base en relevadores 54 Funciones lógicas con relevadores Sistema combinacional con base en relevadores Sistema secuencial con base en relevadores Desventajas de los sistemas con base en relevadores 68 Funciones lógicas con relevadores Preguntas de estudio 70 CAPÍTULO 3 73 Controlador lógico programable (PLC) Introducción Ventajas de los sistemas automáticos industriales (SAI) con base en PLC Estructura interna de un PLC 76 PLC del tipo compacto 76 Controles modulares 77 Unidad central de procesamiento (CPU) 78 Tiempo de scan 79 Diagnóstico interno 79 Barrido de entradas 79 Ejecución de la lógica 79 Barrido de salidas 80 Fuente de voltaje (PS) Módulo de entradas discretas 82 Módulos de entrada de VCD 82 Módulos de entrada positiva de VCD (sink) 83 Módulos de entrada de VCD tipo SOURCE 84 Módulos de entrada de VCA Módulo de salidas discretas 86 Módulo de salida de VCD 87 Módulo de salida de VCA 87 Módulo de salida tipo relevador 88

2 Comunicaciones con el PLC 90 Interfase de programación y computadora personal Tipos de programación Programación con instrucciones Programación con funciones lógicas Programación con lógica de contactos Selección del PLC 95 Selección del PLC Preguntas de estudio 99 CAPÍTULO Sistemas automáticos basados en funciones lógicas Introducción 101 Niveles lógicos Introducción a las funciones lógicas 103 Tablas de verdad Función lógica AND ( Y ) Función lógica OR (O) Función lógica NOT (NO) Ecuaciones de sistemas combinacionales 107 Tabla de verdad de un sistema combinacional Número de combinaciones del sistema 108 Ecuaciones del sistema Programa con el software del PLC Crouzet 110 Simulación con el programa Crouzet Ecuaciones de sistemas secuenciales Método de un estado de memoria 121 Tabla de estado 121 Estado 121 Representación de funciones lógicas con lógica de contactos 127 Función lógica AND con circuito de lógica de contactos 127 Función lógica OR con circuito de lógica de contactos 128 Función lógica NOT con circuito de lógica de contactos 129 Ecuaciones de sistemas automáticos con circuitos de lógica de contactos 130 Álgebra booleana 132 Teoremas de álgebra booleana 132 Teoremas con múltiples variables Preguntas y problemas de estudio 149 Problemas 149 CAPÍTULO Método de la memoria interna Introducción Límites de aplicación Método de la memoria interna Memoria interna Metodología de la memoria interna Tabla natural del proceso Tabla de memorias Ecuaciones de las memorias Ecuaciones de las variables de salida Estados aislados 172 Estado aislado en el estado inical Estados compartidos 174 Obtención de las ecuaciones de las variables de salida 177 Reducción de memorias por límite de valores de la función de salida 179 Representación por diagrama de estados Aplicación del diagrama de estados 182 Ecuación de la función de salida Lógica de contactos con ecuaciones 187 Ecuaciones de memorias con lógica de contactos 188 Diagrama de lógica de contactos para VS Diagrama de lógica de contactos de VS Diagrama de lógica de contactos de VS n Diagrama de lógica de contactos de V Sn 191 Diagrama de lógica de contactos de los dos ejemplos resueltos 192 Sistemas con bifurcaciones y retroceso a estados inmediatos anteriores Ejercicios resueltos Simulación con el software FluidSIM-P de FESTO Ejercicios de estudio 222

3 13 CAPÍTULO Sistemas secuenciales neumáticos Introducción 229 Propiedades físicas del aire 230 Compresibilidad 230 Elasticidad 231 Expansibilidad 231 Seguridad 232 Simplicidad en el diseño y control Sistema de generación de aire comprimido 232 Compresor 232 Desplazamiento Positivo 233 Desplazamiento Dinámico: 233 Enfriador posterior 233 Tanque acumulador de presión 234 Secador de aire 235 Red de generación de aire comprimido Sistemas automáticos neumáticos 236 Estructura de un sistema secuencial neumático Elementos final de control Actuadores de movimiento lineal 239 Actuador lineal de simple efecto 239 Actuador lineal de doble efecto 240 Diagrama espacio-fase Actuadores de movimiento giratorio Actuador oscilatorio ELEMENTOS DE GANANCIA 246 Válvula de Control de Flujo Variable Bidireccional 246 Válvula de Control de Flujo Unidireccional 247 Control de Velocidad por el Aire de Entrada 247 Control de Velocidad por el Aire de Salida Elementos de procesamiento 248 Válvulas direccionales 248 Posiciones 249 Vías 249 Tipos de piloto 250 Piloto neumático en A y retorno por resorte en B 250 Pilotos neumáticos en A y en B 251 Estructura de una válvula direccional 251 Configuración de válvulas direccionales 252 Válvula 4/2 252 Válvula 5/2 252 Diagrama de mando de válvulas 4/2 y 5/2 253 Válvula 4/3 y 5/3 254 Válvula 3/2 255 Válvulas de simultaneidad 257 Válvula selectora de circuitos Dispositivos de entrada Válvulas de retardo de tiempo y contador neumático 259 Válvula de tiempo 260 Diagrama espacio-tiempo 261 Contador neumático Sistemas de vacío 263 Principio de funcionamiento de un venturi Diseño de sistemas secuenciales neumáticos 266 Representación mediante vectores de desplazamiento 268 Representación abreviada con signos Diagrama de funcionamiento 269 Representación de un diagrama de funcionamiento con ecuaciones lógicas Multiplicación y suma de funciones neumáticas discretas 272 Multiplicación lógica de funciones neumáticas 273 Sumatoria lógica de funciones neumáticas 275 Ejemplos de ecuaciones lógicas en funciones neumáticas Diseño de un automatismo neumático con métodos analíticos 281 Lista de partes 282 Ecuaciones del sistema 283 Método de ubicación de pulso único (PU) 284 Ecuación de VP2 285 Ecuaciones de las válvulas auxiliares 285 Diagrama de conexiones neumáticas 286 Método memorización de pulsos de dos variables (MP) 288 Lista de partes 290 Ecuaciones del sistema 291 Ecuación de VP1 291

4 14 Ecuación de VP2 291 Ecuaciones de las válvulas auxiliares 292 Diagrama de conexiones neumáticas 292 Método memoria de estado (ME) 294 Diagrama de funcionamiento aplicando el método memoria de estado 297 Ecuaciones del sistema 297 Ecuación de VP1 298 Ecuación de VP2 298 Ecuación de Vx1 298 Ecuación de Vx2 298 Diagrama de conexiones neumáticas 299 Diagrama de funcionamiento y lista de partes 300 Sistema secuencial neumático con retardo de tiempo 300 Diagrama de funcionamiento 301 Ecuaciones del sistema 303 Ecuaciones de las válvulas principales 303 Ecuaciones de las válvulas auxiliares 303 Diagrama de conexiones neumáticas 305 Sistema secuencial neumático con contador de eventos 305 Diagrama natural del proceso 306 Aplicación de método de trabajo 306 Ecuaciones del sistema 307 Diagrama de conexiones neumáticas 308 Manipulación de objetos mediante sistemas de vacío 308 Diagrama de funcionamiento aplicando algún método de trabajo 309 Ecuaciones del sistema 310 Diagrama de conexiones neumáticas 312 Diagrama de funcionamiento y lista de partes Ejemplos resueltos de sistemas secuenciales neumáticos 313 Esquemático del sistema de traslado de producto 314 Ecuaciones del sistema 317 Ecuaciones de las memorias o válvulas auxiliares (Vx) 318 Ecuaciones de los temporizadores 319 Diagrama de funcionamiento aplicando el método ME 322 Ecuaciones del sistema 323 Diagrama de funcionamiento aplicando el método ME 326 Ecuaciones del sistema 327 Diagrama de conexiones neumáticas 328 Diagrama de funcionamiento y lista de partes Preguntas y ejercicios de estudio 330 Ejercicios propuestos 333 CAPÍTULO Sensores de comportamiento discreto Introducción Transductores 347 Transductores de desplazamiento 348 Transductores de presión o fuerza 350 Transductores de velocidad 351 Transductores de temperatura Sensores de comportamiento discreto Sensores de objetos por contacto 355 Aplicaciones 356 Sensores de variables físicas por contacto Sensores de proximidad del tipo discretos 360 Características y especificaciones de los sensores discretos 361 Histéresis 362 Repetibilidad Sensores de detección magnética Sensores inductivos 369 Estructura 369 Principio de funcionamiento 370 Diseño blindado 370 Diseño no blindado 372 Factor de reducción 374 Símbolo 374 Aplicaciones Sensores capacitivos 375 Principio de operación 376 Diseño blindado 376 Diseño no blindado 376 Símbolo 377 Aplicaciones industriales 377

5 15 Factor de reducción Sensores ópticos 378 Estructura 379 Fuente de luz 379 Detector de luz 379 Lentes 380 Circuito lógico 380 Salida Tipos de sensores ópticos 381 Sensor de haz transmitido 381 Aplicación del sensor 382 Sensor retrorreflectivo 382 Aplicación del sensor 383 Sensor del tipo difuso 384 Aplicación del sensor 384 Símbolo 385 Factor de reducción Salidas PNP y NPN en sensores de corriente directa 386 Sensor con salida PNP 386 Sensor con salida NPN 386 Tipos de conexiones eléctricas en sensores 387 Sensores de dos hilos 388 Sensores de tres y cuatro hilos 388 Conexión en serie de sensores 389 Conexión en paralelo de sensores 390 Conexión de un sensor como entrada a un PLC 391 Entradas Sink / Source Ejercicios resueltos Preguntas y ejercicios para estudio 396 CAPÍTULO Sistemas secuenciales basados en la función tiempo y conteo Introducción Funciones de tiempo 403 Estructura de un temporizador electromecánico 403 Temporizador con retardo al encendido (TON) 404 Modo de operación 405 Diagrama de tiempos 406 Temporizador con retardo para apagar (tof) 407 Modo de operación Instrucción de tiempo en el PLC Siemens 410 Temporizador TON retentivo (R) 411 Representación con el diagrama de tiempos 411 Identificando un método 413 Ecuaciones lógicas del sistema 414 Diagrama de lógica de contactos 416 Programa para el PLC Siemens Función contador 428 Función contador con el PLC Siemens 429 Contador ascendente/descendente (CTUD) Funciones de comparación de valores numéricos Ajuste de valores preestablecidos mediante una HMI 443 Aplicación de la TD 200 de Siemens Sistemas secuenciales basados en las funciones de tiempo y conteo 458 Ecuaciones del sistema 462 Ecuaciones de los temporizadores 462 Ecuación del contador 463 Ecuación de la función de salida 464 Diagrama de lógica escalera para los mensajes 464 Mensajes 469 Diagrama de flujo de los mensajes 470 Diagrama de lógica escalera 477 Mensajes 479 Diagrama de flujo de los mensajes 480 Diagrama de lógica escalera 482 Diagrama de conexiones eléctricas Sistemas automáticos del tipo industrial 484 Cronograma de las funciones 486 Diagrama de flujo de los mensajes 487 Diagrama de flujo de la secuencia 488 Diagrama de lógica escalera 491 Sistema de alarmas 500 Ecuaciones para alarma 1 (AL1) 501 Ecuaciones para alarma Ecuaciones para alarma Funciones de salida 502 Desplegado de mensajes 503 Diagrama de lógica de contactos 504

6 16 Etapa de subrutinas Preguntas y ejercicios de estudio 510 Preguntas 510 Problemas 511 CAPÍTULO Temporizadores en cascada Introducción 519 Límites de aplicación del método Estructura del método de temporizadores en cascada 521 Simbología del método 522 Conector de enlace 522 Función de entrada, suma y multiplicación 522 Funciones de tiempo, salida y memoria 523 Cuadrante de contactos de Temporizadores en Cascada Gráfico de un sistema en cascada con una línea principal 524 Gráfico de sistema sin retroalimentación en lazo Gráfico de un sistema con n temporizadores y q funciones 525 Gráfico con una función de salida (F1) 526 Gráfico de sistema con retroalimentación en lazo Sistema con una línea principal de tiempos Ubicación de un conector de enlace horizontal Conector de enlace vertical Conector de enlace con varias direcciones en su trayectoria Conector de enlace en el cuarto cuadrante Ecuaciones de las variables lógicas del sistema 533 Ecuaciones lógicas de las funciones de salida 533 Ecuaciones de las funciones de tiempo Cálculos requeridos en un sistema con una línea principal Cálculo del tiempo de encendido de las funciones de salida Sistemas con una línea principal y subrutinas de tiempos 544 Cálculo de P T2 y P T Funciones de salida localizadas en una subrutina 549 Diagrama de lógica de contactos para el PLC Siemens Subrutinas que dependen de dos temporizadores no subsecuentes Sistema de temporizadores con m ramales Operaciones de suma y multiplicación en un sistema secuencial 564 Multiplicación 564 Suma 565 Cálculo de tiempo para el ramal Cálculo del tiempo de ciclo de un sistema con m ramales y línea principal 567 Resultado del ramal Resultado del ramal Resultado del ramal Sistema con q funciones de salida y m ramales Función dependiente de temporizadores localizados en la línea principal (F1,b0) 572 Tiempo de operación de la función F1,b Función dependiente de temporizadores localizados en uno o varios ramales (Fq,Rm) Función dependiente de temporizadores localizados en ramal y línea principal (Fq,Rm) 575 Tiempo de operación de la función F1,R2 en el ramal Función dependiente de temporizadores localizados en un ramal (encendido) y línea principal (apagado) (Fq,Rm) 577 Ecuaciones de temporizadores 582 Función localizada en la línea principal 583 Función dependiente de línea principal y ramales 584 Funciones dependientes de ramales Funciones de entrada como condiciones externas de operación 588 Ecuaciones de las funciones de salida Memorias y temporizadores Ejercicios resueltos 604 Desplegado de mensajes Problemas y preguntas 622

7 17 CAPÍTULO Sistemas secuenciales electroneumáticos industriales Introducción 627 Circuito eléctrico 628 Circuito neumático Elementos de control de un sistema secuencial electroneumático 629 Dispositivos de entrada 629 Dispositivos de procesamiento 630 Dispositivos de salida Tipos de mandos en sistemas secuenciales electroneumáticos 631 Válvula del tipo monoestable 631 Válvula del tipo biestable 631 Válvula de tres posiciones Diseño del diagrama de funcionamiento de un sistema electroneumático 633 Selección de válvulas direccionales Ecuaciones lógicas de un sistema electroneumático Método de la memoria de estado en automatismos electroneumáticos El presostato y vacuostato en un automatismo electroneumático Presostato Vacuostato Temporizadores en cascada en un automatismo electroneumático Contadores en un automatismo electroneumático Aplicaciones industriales Ejercicios a resolver 677 CAPÍTULO Introducción a los sistemas electrohidráulicos Introducción Verificaciones periódicas en sistemas hidráulicos Elementos de control de un sistema secuencial electrohidráulico 682 Circuito eléctrico 682 Circuito hidráulico Tipos de bombas hidráulicas 683 Bombas de engranes 684 Bombas de pistones 685 Bombas de paletas Tipos de mandos en sistemas secuenciales electrohidráulicos 686 Válvula del tipo monoestable 686 Válvula del tipo biestable 686 Válvula de tres posiciones Diagrama de funcionamiento en un sistema electrohidráulico 687 Ecuaciones del sistema Método temporizadores en cascada aplicado a sistemas electrohidráulicos 696 Ejemplos a partir del diagrama de funcionamiento 698 CAPÍTULO Introducción a los sistemas analógicos Introducción Clasificación de señales De acuerdo a la naturaleza de la variable Señales estocásticas y señales deterministas Señales digitales y señales analógicas 705 Clasificación de las señales de acuerdo a su naturaleza temporal 705 Clasificación de las señales de acuerdo a su naturaleza en magnitud Atributos de una señal analógica Sistemas Procesamiento analógico de una señal analógica El amplificador operacional Op amp en lazo abierto Op amp en lazo cerrado 714

8 18 Amplificador inversor 715 Amplificador no inversor 716 Buffer o Seguidor 716 Amplificador Diferenciador 717 Amplificador de instrumentación 718 Derivador e Integrador Procesamiento digital de una señal analógica Convertidor AD Errores en el cuantificador Convertidor de aproximaciones sucesivas Convertidor tipo flash Convertidor DA Convertidor R-2R Módulos analógicos de la familia S Módulos analógicos en el S CPU 22X Direccionamiento 738 Direccionamiento de un dato analógico Codificación Especificaciones de los módulos analógicos Configuración y calibración de los módulos de entrada Diagramas de conexión 748 Conexión de una salida 748 Entrada no usada Ejemplos Primer ejemplo: Prueba del módulo analógico Ejemplo 2: Alarmas El concepto de escala 760 Escala Control de velocidad de conveyor Control ON-OFF Control en lazo cerrado El control proporcional El control proporcional más integral El control proporcional + i ntegral + derivativo Control PID implementado con el S Ejemplo de uso del asistente para configurar instrucción PID Sintonización Reglas de sintonización de Zeiger-Nichols Sintonización de PID en MicroWin 789 BIBLIOGRAFÍA 791