EN CIRCUITOS NEUMÁTICOS

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1 033 < < MICRO CAPACITACIÓN > CURSO 033 MANTENIMIENTO > DETECCIÓN DE FALLAS EN CIRCUITOS NEUMÁTICOS

2 4 MICRO Automación Micromecánica s.a.i.c M. Moreno 6546 B1875BLR Wilde. Buenos Aires. Argentina Tel. Ventas: y líneas rotativas. Fax: Conmutador: y líneas rotativas. Fax:

3 PREFACIO 5 Los estándares actuales de producción nos obligan a ser cada vez más eficaces y eficientes en el uso de los activos de nuestras plantas. Es por eso, que el mantenimiento de éstos está cobrando mayor importancia a la hora de realizar mejoras en el proceso productivo. Por lo tanto, conocer las estrategias adecuadas para el mantenimiento de los equipos es vital. En MICRO, a través de los cursos de capacitación, pretendemos crear un espacio de formación y entrenamiento en el área de la automatización industrial, para estudiantes, profesores, operadores, técnicos e ingenieros que decidan completar la propia formación. El diseño del manual está elaborado con criterios eminentemente prácticos, para facilitar un estudio ágil y actualizado de cada uno de los temas. El objetivo del curso de Detección de Fallas en Circuitos Neumáticos, busca dar a los participantes un alto nivel de conocimientos de gestión y competencias tecnológicas para el mantenimiento de equipos industriales. Lo que les permitirá tomar decisiones adecuadas al momento de optimizar los procesos de mantenimiento y analizar las causas de las fallas frecuentes y cotidianas en equipos industriales. Esperamos haber construido una herramienta que les permita apropiarse significativamente del nuevo saber. Para contribuir al logro de los objetivos reseñados, sus comentarios al final del curso serán de inestimable utilidad. Departamento de Capacitación capacitacion@micro.com.ar

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5 INDICE 7 CURSO 033 Detección de fallas en Circuitos Neumático Conceptos básicos Estructura de las máquinas El concepto de mando Las señales de mando La cadena de mando Tipos de mandos Clasificación de los mandos Representación de las fases operativas de una máquina Formas de representación de las fases operativas de una máquina Esquemas circuitales de mando Definición Simbología de los elementos Disposición de elementos en el esquema circuital Denominación de los elementos en el esquema Designación de las líneas de conexionado Documentación técnica Lista de materiales Croquis de instalación Interpretación de esquemas de mando Interpretación de esquemas circuitales de mando Temporizaciones neumáticas Mandos adicionales para marcha, operación y emergencia Detección de fallas Detección sistemática de fallas en circuitos neumáticos Procedimiento para detección de fallas Ejercicios de detección de fallas MICRO Capacitación

6 8 1 Conceptos básicos Introducción El mantenimiento de los equipos neumáticos de producción abarca dos aspectos bien definidos: El primero, vinculado a los conjuntos de acciones correctivas a aplicar a un equipo en condición de falla. Las primeras son perfectamente programables y realizables en aquellos momentos en que la producción no se vea afectada, mientras que las segundas, como es obvio, no pueden ser programadas, revisten siempre el carácter de urgentes, siendo aquí crítico el tiempo demandado en restaurar el servicio. Los pasos a seguir para solucionar la falla manifiesta de un equipo neumático son: 1. Localizar el origen de la falla. 2. Reparar los componentes deteriorados (eventualmente sustitución). En accionamientos neumáticos simples, la primera tarea resulta relativamente sencilla aún con escasos conocimientos del tema. A medida que crece la complejidad del accionamiento, se hace imprescindible disponer de una metodología que asegure una determinación sistemática, precisa y rápida de los orígenes de la falla. Esto último requiere el cabal conocimiento de las estructuras de comando del equipo, del flujo de las señales de mando, y de la secuencia operativa de la máquina, entre otros. En muchas aplicaciones, esta información se presenta en forma de diagramas de secuencia o esquemas circuitales, cuya correcta interpretación es imprescindible. En otros casos, serán las personas a cargo del mantenimiento, quienes ante su carencia deban confeccionar esta documentación de base, sin la cual no sería aplicable ningún método para la detección sistemática de la falla, debiéndose recurrir a métodos de tanteo que más que una solución son a menudo fuentes de más problemas. En lo que sigue nos ocuparemos de incorporar los conocimientos básicos necesarios para la interpretación y/o realización de la documentación técnica de base y la aplicación de un método de detección sistemática. 1.1 Estructura de las máquinas Una máquina conforma básicamente dos partes bien definidas: La parte operativa, también llamada de potencia, formada por el conjunto de elementos en donde se llevan a cabo las acciones propias del proceso de trabajo. El mando, también llamado parte del comando, en donde se generan las órdenes que gobiernan el conjunto de elementos de la parte operativa. Entre ambas partes existe una fluida comunicación. El mando comunica órdenes a la parte operativa, ésta ejecuta las acciones correspondientes e informa al mando su evolución. En función de la información recibida, el mando elabora nuevas órdenes, las que serán ejecutadas en la parte operativa y su evolución nuevamente reportada al mando. Esta situación se repite hasta completar un ciclo de trabajo.

7 1< < CONCEPTOS BÁSICOS 9 El mando sólo emite nuevas órdenes cuando recibe confirmación del cumplimiento de la orden precedente en la parte operativa. Esta modalidad, orden confirmación orden, es conocida con el nombre de mando por cadena cerrada. Las garantías operativas que ofrece la convierten en la más difundida en el campo de la automatización industrial. Ciertos automatismos carecen de flujo de información desde la parte operativa al mando. Éste genera, por lo tanto, las órdenes en forma independiente de las acciones de la parte operativa y por supuesto sin garantía de cumplimiento. La modalidad orden orden orden, es conocida con el nombre de mando por cadena abierta. Su aplicación es cada vez más relegada a automatismos simples y poco comprometidos. 1.2 El concepto de mando Mando o mandar es la acción originada en un sistema sobre el cual uno o varios parámetros (señales) de entrada, modifican según leyes del propio sistema a otros parámetros (señales) considerados de salida. El bloque de mando A menudo, el término mando es utilizado no sólo para designar la acción de mandar, sino también como denominador del sistema en el cual se genera la acción. En tal sentido, lo hemos considerado en el apartado anterior. 1.3 Las señales de mando Las señales son el lenguaje por medio del cual se comunican entre si el mando y la parte operativa de la máquina. A través de ellas, el mando comunica las órdenes a la parte operativa y ésta informa su evolución al mando. Por medio de señales también se vinculan entre si la máquina y su operador. La orden o información transmitida se manifiesta por medio de cambios en el valor de un parámetro físico característico de la señal (tensión, posición, presión, etc.)

8 10 MICRO Origen de la señal Parámetros físico característico Naturaleza de la señal Información u orden transmitida Lleva de un tomo automático Dimensión (radio de la leva) Mecánica Avanzar herramienta Fin de carrera neumático Presión Neumática Posición alcanzada por un actuador Contacto eléctrico Tensión Eléctrica Marcha o deteción de un motor Semáforo Color Óptica Avanzar o esperar Termómetro Temperatura Óptica Valor de la temperatura Sirena de bomberos Nivel sonoro Acústica Incendio Ejemplos de señales según origen y naturaleza Tipo de Señales Señales analógicas Se dice que una señal es analógica cuando las magnitudes de la misma se representan mediante variables continuas, análogas (relación de semejanza entre cosas distintas) a las magnitudes que dan lugar a la generación de esta señal. Las señales continuas son aquellas que pueden tomar un número infinito de valores y cambiar ininterrumpidamente sin escalonamientos ni discontinuidades. La mayoría de las magnitudes físicas de la naturaleza varían de forma continua. Ejemplo A lo largo de un día la temperatura no varía entre 20 ºC ó 25 ºC de forma instantánea, sino que alcanza todos los infinitos valores que entre ese intervalo se encuentra. Señales digitales Son aquellas en las que el mensaje transmitido está definido para un número finito de campos de variación del parámetro físico característico. Cada campo de variación tiene asignado un mensaje.

9 1< < CONCEPTOS BÁSICOS 11 Señales binarias Las señales binarias, en realidad, son señales digitales, en las que el mensaje está definido en sólo dos campos de variación del parámetro físico característico. La señal únicamente contiene dos mensajes: SI/NO, ABIERTO/CERRADO, MARCHA/ PARADA, VERDADERO/FALSO, ALTO/BAJO, etc. Denominaremos a estos estados 0 y 1, evitando el uso de otras designaciones paralelas. Los equipos neumáticos industriales son generalmente del tipo todo o nada, vale decir que los distintos elementos del sistema pueden adoptar sólo dos estados definidos. Ejemplo Los cilindros tendrán sus vástagos retraídos o extendidos. Los finales de carrera están actuados o no. Una válvula conmuta su posición o no. Este tipo de comportamiento que podríamos definir como binario, es logrado mediante señales de mando binarias de naturaleza neumática.

10 12 MICRO Aclaramos que ciertos equipos industriales utilizan sólo la energía neumática en la parte de potencia. En tanto la parte del comando, es realizada sobre una base eléctrica, por medio de relés o sistemas electrónicos de mando, que serán comandados por señales binarias de naturaleza eléctrica o electrónica. Estas señales son adecuadamente convertidas y amplificadas en neumáticas para el gobierno de los órganos de potencia. 1.4 La cadena de mando Hasta el momento, el mando fue considerado como un bloque, al cual ingresaban señales (informaciones) provenientes de la parte operativa, y en función de leyes propias salían señales (órdenes) hacia la parte operativa. A continuación, analizaremos más detalladamente este bloque, siguiendo el flujo de señales desde su entrada hasta su salida. Ejemplos de señales según origen y naturaleza Bloque de entrada El bloque de entrada está conformado por el conjunto de elementos a través de los cuales ingresan al mando las señales de la parte operativa. La señal recibida, de cualquier naturaleza, es convertida a la adecuada al mando y transmitida a la unidad de tratamiento. Dependiendo de la tecnología utilizada en el mando, el bloque de entrada está compuesto por finales de carrera neumáticos, eléctricos o electrónicos, tales como: Sensores de proximidad inductivos, fotoeléctricos, capacitivos, magnéticos, presóstatos o en general cualquier elemento que permita detectar un acontecimiento en la máquina accionada.

11 1< < CONCEPTOS BÁSICOS Bloque de comunicación Hombre Máquina Es el complemento indispensable del mando. Permite al operador, entre otras cosas: Intervenir en el momento del arranque, efectuar paradas de emergencia, realizar acciones alternativas y, controlar permanentemente el desarrollo de las operaciones por medio de sistemas de señalización. Esta última función es realizada por medio de auxiliares de mando con intervención humana (botoneras, pulsadores, palancas, pedales, etc.) y señales luminosas. En automatismos más complejos, dicha acción es ejecutada mediante pupitres, consolas, mímicos y unidades de programación -como en el caso de los controladores electrónicos programables (PLC) Bloque de tratamiento Es el verdadero cerebro del mando; recibe las señales provenientes de la unidad de entrada, las procesa según leyes preestablecidas y emite las señales de acción. Según la importancia y complejidad del automatismo, este tratamiento puede ser realizado por intermedio de relés, contactores auxiliares, temporizadores electrónicos programables Bloque de salida El bloque de salida está constituido por el conjunto de elementos receptores de las señales emitidas por la unidad de tratamiento. Estos elementos gobiernan el flujo energético dirigido a los órganos de trabajo. Las señales recibidas desde la unidad de tratamiento son simplificadas y/o convertidas a las formas convenientes requeridas por los órganos ejecutores de la unidad de salida. Lo componen: Contactores de potencia. Válvulas y electroválvulas distribuidoras (hidráulicas/neumáticas) Transductores en general, etc Accionamiento de potencia Está formada por el conjunto de elementos ejecutores de las órdenes del mando (parte operativa). La energía recibida del bloque de distribución es transformada en trabajo útil y transferida a la máquina. La componen todo tipo de: Motores (eléctricos, hidráulicos, neumáticos, etc.). Actuadores lineales y rotantes neumáticos e hidráulicos, entre otros. Destacamos que al mencionar los distintos componentes de cada bloque, hemos tratado de representar el caso más general de las máquinas, cualesquiera fueren las energías utilizadas en la parte de mando y potencia. En este texto, nos ocuparemos solamente de los equipos que utilizan energía neumática en ambos casos.

12 14 MICRO 2 Tipos de mandos 2.1 Clasificación de los mandos Clasificación de los mandos Mandos de acción directa o piloto Son aquellos en los cuales las acciones, en la parte operativa, se corresponden en forma directa con acciones de mando; desaparecidas estas últimas, desaparecen también las primeras. El mando no posee ningún tipo de memoria. Ejemplo El Timbre domiciliario, la bocina de automóvil, la luz de stop. Mando neumático de acción directa aplicado a un dispositivo de marcación de piezas

13 < 2 TIPOS DE MANDOS Mandos de acción retenida Son aquellos en los cuales las acciones en la parte operativa se corresponden con acciones de mando, manteniéndose aún cuando éstas sean eliminadas. El cese de las acciones en la parte operativa sólo ocurrirá cuando se opere una acción de mando contraria. Esta modalidad requiere imprescindiblemente de elementos con memoria o dispositivos que permitan la retención de las acciones (señales) de mando. Mando de acción retenida aplicado a la sujeción de piezas para su perforado Ejemplo Encendido de luces domiciliarias, luz de posición de automóviles, etc Mandos programados Mandos por programas de tiempos Son aquellos en los cuales las acciones en la parte operativa ocurren en correspondencia con acciones de mando originadas en un programa de tiempos. El programa puede estar contenido en: Programadores de levas o discos programadores de clavijas, tarjetas o cintas perforadas, cintas magnéticas, circuitos electrónicos, etc. Ejemplo Ciclo de lavado de un lavarropas semiautomático. Apagado de luces de escalera, etc. Este tipo de mando, también llamado de cadena abierta, presenta el inconveniente de no dar garantías en cuanto al efectivo cumplimiento de las acciones en la parte operativa. Dado que las acciones de mando ocurren en función del tiempo; se producirán, se hayan hecho efectivas o no, las acciones correspondientes en la parte operativa. Su aplicación es limitada a equipos de poco compromiso en este sentido.

14 16 MICRO Mando por programa de tiempos gobernando un actuador de simple efecto Mando por programa de recorridos Son aquellos en los cuales las acciones en la parte operativa ocurren en correspondencia con acciones de mando originadas en función del recorrido alcanzado por los propios elementos gobernados. Ejemplo El final de carrera eléctrica de un ascensor. Esta modalidad de mando requiere imprescindiblemente de sensores de posición (finales de carrera). El programa queda determinado exclusivamente por el recorrido de los elementos gobernados y por la disposición de los finales de carrera. El orden de ejecución lo establecen las propias acciones de la parte operativa (programa de recorridos). No existe orden de ejecución más que aquel resultante de dichas acciones. Esta forma de mando garantiza el cumplimiento de las acciones en la parte operativa. Mando neumático por programa de recorridos aplicado a un dispositivo alimentador

15 < 2 TIPOS DE MANDOS 17 Mando de evolución secuencial Son aquellos en los cuales las acciones en la parte operativa ocurren según el orden preestablecido en un programa central que evoluciona a pasos. Los pasos del programa son independientes unos de otros. Sólo pueden ejecutarse si fueron previamente ejecutados los anteriores. Existe prioridad del paso anterior (secuencialidad). La concreción de cada paso del programa es reportada al mando por sensores de posición (finales de carrera) ubicados en la parte operativa. Queda de este modo garantizado el cumplimiento de acciones en esta última y también su orden de ejecución. El programa puede estar almacenado en algún tipo especial de memoria (secuenciadores neumáticos o electrónicos, controladores programables, etc.) y sólo evoluciona paso a paso. El programa puede contener bucles, bifurcaciones, secuencias especiales de emergencia, etc. Las garantías que ofrece este tipo de mando lo convierten en el de aplicación corriente en los más modernos y complejos equipos automatizados.

16 18 MICRO 3 Representación de las fases operativas de una máquina 3.1 Formas de representación de las fases operativas de una máquina La complejidad siempre creciente de los automatismos industriales se traduce en cada vez mayores dificultades para definir de modo claro, y no ambiguo, el desarrollo de las fases operativas del equipo y sus estados de conmutación. Las extensas descripciones literales resultan de difícil o confusa interpretación, por lo que se hace imprescindible adoptar métodos de representación claros y concretos, ya sea en forma literal o gráfica. Seguidamente indicaremos distintos métodos para la representación de las fases operativas de las máquinas. Si bien todos son de aplicación general, será el grado de complejidad del equipo el que defina al más adecuado en cada caso. Es importante destacar que las formas de representación son independientes de la tecnología utilizada, por consiguiente, serán aplicables para centrales de mando neumático, hidráulico, mecánico, eléctrico, electrónico o combinaciones de éstos Representación descriptiva simplificada Fase 1 Fase 2 Fase 3 Fase 4 A extiende su vástago, el cilindro A sujeta la pieza. B extiende su vástago, el cilindro B acciona el punzón de marcación. B retrae su vástago, el cilindro B retrocede. A retrae su vástago, el cilindro A libera la pieza Representación abreviada con vectores En este caso el movimiento de los cilindros o actuadores se representa por vectores. Se adopta convencionalmente la simbología que a continuación se indica: Salida (extensión) del vástago Entrada (retracción) del vástago Ejemplos A Fase 1 A Fase 2 B Fase 3 Fase 4 B B

17 < 3 REPRESENTACIÓN DE LAS FASES OPERATIVAS DE UNA MÁQUINA 19 B Fase 1 A Fase 2 B Fase 3 B C Fase 4 A C Acciones simultáneas Representación abreviada con signos En este caso, el movimiento de los cilindros o actuadores es designado con los signos más (+) y menos (-). Se adopta convencionalmente: + Salida (extensión) del vástago - Entrada (retracción) del vástago A continuación, podemos señalar algunos casos a modo de ejemplos: Fase 1 Fase 2 Fase 3 Fase 4 1) A+ B + B - A- 2) A+ 3) A+ B + B + B - C + B - C + A - C - A - C - Acciones simultáneas Representación en forma de diagramas Diagrama Espacio Fase En este diagrama se representa la secuencia de acción de las unidades de trabajo y el encadenamiento de las señales de mando. Se utilizan para ello dos ejes coordenados. En el eje vertical se representa el estado de los actuadores del sistema, utilizando valores binarios (0 1). Se adopta el valor 0 para indicar la posición de reposo del elemento (motor detenido, cilindro con vástago retraído, etc.) y el valor 1 para identificar el estado del elemento actuado (motor en marcha, cilindro con su vástago extendido, etc.). Estas designaciones constituyen una práctica corriente, no obstante dejamos aclarado su carácter de convencional. En el eje horizontal se enseñan las fases en que se subdivide el ciclo de trabajo. Éstas se caracterizan por la modificación o cambio de estado de un elemento constitutivo del mando. Dichos cambios se indican con líneas verticales auxiliares sobre el diagrama, que denominaremos líneas de fase.

18 20 MICRO Representación de los órganos de trabajo A continuación, veremos las siguientes reglas y símbolos básicos utilizados en las representaciones: Los actuadores (neumáticos o hidráulicos) se representan por líneas. Las líneas horizontales representan estados de reposo del elemento (fases 1 y 3). Las líneas inclinadas significan movimientos del mismo (fases 2 y 4). Las líneas con distintas inclinaciones evidencian velocidades diversas de movimiento, por ejemplo: Aproximación rápida, trabajo lento y retorno rápido (fases 1, 2 y 3) como se percibe en la siguiente figura: El arranque y parada de motores se indica con una línea vertical desde el estado 0 al estado 1 y viceversa. Los motores con posibilidad de giro en dos sentidos se representan como está en la figura. El nivel 1 superior indica, por ejemplo, la rotación en el sentido horario, en tanto el inferior en sentido contrario. El 0 central indica reposo (motor detenido).

19 < 3 REPRESENTACIÓN DE LAS FASES OPERATIVAS DE UNA MÁQUINA 21 Los motores con aceleración y desaceleración prolongada pueden representarse (caso de inversión del giro) como se muestra en la figura consecutiva: Cuando en un mando existen varios elementos de trabajo, éstos se representan individualmente uno debajo del otro estableciendo su relación por medio de las líneas de fase. Representación de los elementos de señalización Los elementos de señalización son aquellos que al ser actuados emiten una señal capaz de modificar el estado de algún componente del mando.

20 22 MICRO Representación de la cadena de señales La vinculación entre los distintos elementos del mando lo establecen las señales. Éstas se representan con líneas, las que tendrán un origen y un destino. Su origen será un elemento de señalización y su destino aquel cuyo estado deba ser cambiado (válvula o cilindro). El sentido de la señal es indicada por una flecha. Se respetarán los símbolos gráficos establecidos en la tabla siguiente: RECUERDE que... Debe tratar que los principios de representación y los símbolos utilizados sean siempre iguales en todos los casos, a efectos de lograr que la lectura y comprensión pueda realizarse sin dificultad e inequívocamente. Ejemplo de aplicación del diagrama Espacio Fase Representar en forma de diagrama Espacio Fase la siguiente secuencia de máquina, expresada en forma literal abreviada con signos: A+, B+, A - C+, B C Se exige un funcionamiento a ciclo simple. El inicio se producirá oprimiendo un comando bimanual y estará condicionado a la finalización del ciclo anterior. Representación de los actuadores y el encadenamiento de señales.

21 < 3 REPRESENTACIÓN DE LAS FASES OPERATIVAS DE UNA MÁQUINA 23 Representación de los actuadores, el encadenamiento de señales y el estado de pilotaje de las válvulas principales. Diagrama Espacio Tiempo El diagrama Espacio Tiempo constituye una variante del diagrama Espacio Fase, en cual se indican los tiempos de reemplazo de las fases utilizadas en aquél. Cuando el tiempo de ejecución constituye una variable de consideración en el equipo, la escala de tiempos simplemente se superpone a la de fases. Valen para este diagrama las mismas reglas y símbolos gráficos ya mencionados. Su aplicación resulta adecuada en aquellos mandos programados en función del tiempo, en tanto que el Espacio Fase lo es para los mandos por programa de recorridos y de evolución secuencial.

22 24 MICRO Diagrama funcional Grafcet Un diagrama funcional es una representación gráfica que permite describir las funciones operativas de un automatismo. Qué es el Grafcet? El Grafcet es un diagrama funcional. Fue desarrollando en 1977, por la Asociación Francesa para la Cibernética Económica y Técnica. Y constituye un paso importante para la unificación de la representación del conjunto de condiciones de un automatismo lógico. Tiene un nombre propio para distinguirlo de otros diagramas funcionales y formas de representación existentes, como lo son los diagramas de Girard, organigramas lógicos y diagramas DIN 40719, etc. La denominación responde a las siglas de Gráfico de Comando Etapa Transición (GRAFCET). Desarrollo del Grafcet El funcionamiento del automatismo quedará representado gráficamente por un conjunto de: Etapas o pasos: A las que están asociadas las acciones de la máquina. Transiciones: A las que van asociadas las condiciones que permiten el paso de una etapa a la siguiente. Enlaces: Vinculan las etapas a las transiciones y viceversa. A continuación, se explicará en forma más detallada lo anteriormente mencionado. Etapas o pasos Las etapas o pasos son un cuadro con número distintivo en su interior. Las acciones a efectuar cuando la etapa sea activada, serán descriptas de manera literal y/o simbólica en el interior de uno o varios rectángulos ligados a la etapa en una parte derecha (como muestra la primera figura). Las etapas normalmente activas al inicio del funcionamiento se indicarán con doble recuadro sobre el símbolo correspondiente (como muestra la segunda figura). Transiciones Las transiciones representan las condiciones necesarias finales que deben ser satisfechas para poder ejecutar el paso siguiente. Se representan gráficamente con un guión cruzando perpendicularmente la línea de enlace que vincula los pasos. La condición asociada puede ser expresada en forma literal o bajo la forma de combinación lógica de informaciones provenientes de la parte operativa: Finales de carrera, temporizadores, contadores, directivas del operador, estado activo o inactivo de otras etapas, etc.

23 < 3 REPRESENTACION DE LAS FASES OPERATIVAS DE UNA MÁQUINA 25 Enlaces Los enlaces indican los caminos de evolución del Grafcet. Estos enlaces serán siempre horizontales o verticales, salvo casos especiales donde las líneas oblicuas aporten claridad al diagrama. El sentido general será vertical desde arriba hacia abajo. La llegada y la partida a las etapas serán representadas verticalmente. La llegada se hará por la parte superior del cuadrado característico de la etapa, en tanto la salida se efectuará por su parte inferior. Seguidamente daremos reglas para la representación gráfica de distintas posibilidades operacionales de la máquina. Elección entre varias secuencias condicionadas Cuando a la salida de una etapa o paso deba realizarse una elección entre varias secuencias condicionadas, se indicará como muestra la figura siguiente: Ejemplo

24 26 MICRO Realización de secuencias simultáneas Un Grafcet puede conformar varias secuencias ejecutándose simultáneamente, donde la evolución de las etapas en cada rama permanece independiente. Para representar estos funcionamientos simultáneos, una única transición y dos trazos paralelos indicarán el principio y el fin de dichas secuencias. Es decir, la activación simultánea de los ramales y su espera hacia una secuencia común. Salto y retome de secuencias El salto acondicionado permite obviar una o varias etapas intermedias de una secuencia, cuando bajo determinadas condiciones no sea necesario ejecutarlas. El retome condicionado permite, en cambio, volver a etapas anteriores hasta tanto se obtenga una condición prefijada para prosecución.

25 < 3 REPRESENTACIÓN DE LAS FASES OPERATIVAS DE UNA MÁQUINA 27 Ejemplo de aplicación del Grafcet Representación de la secuencia de operación de una prensa destinada a la fabricación de piezas a partir de polvos metálicos. Configuración esquemática de la máquina 1. La colocación del material está asegurado manualmente por el operador. Un señalador V está encendido durante todo el curso de la colocación. Terminada aquella, el operador autoriza la continuación de las operaciones presionando dos pulsadores simultáneamente. 2. Los movimientos del punzón superior y de la matriz son efectuados por cilindros hidráulicos de doble efecto. Las posiciones alta y baja del punzón y de la matriz son controladas con la ayuda de captores de fin de carrera (respectivamente a0 y a1, b1 y b0) de naturaleza eléctrica. 3. La evacuación de la pieza es obtenida por medio de un jet de aire con una duración de un segundo. Este chorro de aire está comandado por la electroválvula E.

26 28 MICRO La siguiente figura muestra el Grafcet operacional de la prensa en cuestión. Grafcet operacional de la prensa

27 < 4 ESQUEMAS CIRCUITALES DE MANDO 29 4 Esquemas circuitales de mando 4.1 Definición Un esquema circuital representa en forma gráfica la relación entre los distintos componentes del mando, evidenciando de esta forma la lógica operativa del mismo. El esquema circuital constituye un elemento de inestimable valor para el hombre de mantenimiento; es el comienzo del camino a recorrer para la detección sistemática de fallas. Sin él, poco podría hacerse en forma racional, lo que finalmente concluye en una búsqueda por tanteos de los desperfectos con las consiguientes pérdidas de tiempo, materializadas en cuantiosas pérdidas de producción. Es importante que el esquema circuital sea realizado de un modo claro, de fácil interpretación y que pueda ser entendido por todos, para lo cual deberán utilizarse símbolos de representación normalizados, respetando además ciertas reglas en cuanto a la disposición de los elementos. En lo que sigue nos ocuparemos de estos aspectos. 4.2 Simbología de los elementos Los símbolos gráficos indicados a continuación responden a las Normas IRAM 4542 e ISO Aclaramos que sólo indicaremos la simbología de los elementos que con mayor frecuencia intervienen en un mando neumático; quienes deseen profundizar el tema podrán consultar las citadas normas.

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29 < 2 GENERACIÓN Y DISTRIBUCIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO 31 RECUERDE que... Una norma (por ejemplo: IRAM/ISO) es un documento establecido por consenso y aprobado por un organismo reconocido que establece, para usos comunes y repetidos, reglas, criterios o características para las actividades o sus resultados, que procura la obtención de un nivel óptimo de ordenamiento en un contexto determinado. 4.3 Disposición de elementos en el esquema circuital La disposición de los elementos en el esquema circuital se realizará respetando la cadena de mando (flujo de señales) en sentido vertical ascendente: Disposición del esquema circuital de mando La disposición indicada se respetará en lo posible, excepto casos particulares en donde probablemente otra disposición resulte más favorable atendiendo a la realización, interpretación y lectura del esquema. Como adicional, tener en cuenta las siguientes reglas gráficas: La posición de actuación de los finales de carrera se indica con un trazo vertical en las posiciones en que son realmente actuados, con su correspondiente identificación. El elemento se dibuja según la disposición anterior, es decir, en el bloque de entrada y en la posición que resulte más adecuada, apuntando a simplificar el trazado de las líneas de interconexión.

30 32 MICRO Los elementos se dibujan en el estado determinado por su pilotaje. Aquellos elementos que en esa condición (del equipo) queden actuados (finales de carrera), se dibujarán actuados, indicándoles la presencia de la leva (u otro elemento) sobre el mando. Las conducciones se representan por líneas lo más rectas posibles, evitando innecesarios cruces. Las conducciones de trabajo (válvulas direccionales a cilindros) se dibujarán con líneas continuas, en tanto que las conducciones de pilotaje con líneas de trazos. Esto último, a menudo, ocasiona dificultades de lectura, prefiriéndose el trazo continuo más fino para las líneas de pilotaje. Puede evitarse el trazado de las conducciones de alimentación a las válvulas de mando, simplemente indicando en los elementos que la requieran, el símbolo simplificado de fuente de presión. Denominación de los elementos en el esquema 4.4 La designación adecuada de los componentes de un mando juega un papel fundamental en la lectura e interpretación de sus funciones. La designación deberá ser tal que aporte claridad a la lectura y una fácil determinación del rol de cada elemento en el mando, facilitando la tarea de mantenimiento y la búsqueda de fallas. Es importante que con esos objetivos se adopte una metodología simple y clara, sin ambigüedades o indefiniciones. Existen varias formas de denominar los componentes del mando, desde las completamente literales a las totalmente numéricas. Expondremos seguidamente un método basado en la combinación anterior, es decir, alfanumérico. Se adoptarán las siguientes reglas: A, B, C, D Letras mayúsculas del alfabeto (excepto Z) para los actuadores. A1, B1, C1, D1 A02, B02, C02 Letra identificatoria del actuador seguido de 1(uno), para las válvulas de comando de los actuadores. Letra identificatoria del actuador seguida del 02, 04, etc. (ceros y pares), para elementos que actúan sobre la velocidad de retorno del actuador. A03, B03, C03 Letra identificatoria del actuador seguida del 03, 05, etc. (cero e impares) para elementos que actúan sobre la velocidad de avance del actuador. Z1, Z2, Z3, Z4 Letra Z seguida de números crecientes correlativos para elementos del mando cuyas funciones no son asignables a un actuador en particular o que son comunes a varios (unidades de tratamiento, válvulas de corte de energía, memorias auxiliares, etc.)

31 < 2 GENERACIÓN Y DISTRIBUCIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO 33 Disposición del esquema circuital de mando Cuando un elemento del mando (por ejemplo: Fin de carrera) forma parte de una cadena que origina acciones sobre más de un actuador, llevará asociada tantas designaciones como acciones origine según lo ya establecido. Con la designación adoptada para los elementos, la persona a cargo del mantenimiento frente a una detención por falla del equipo, verá notablemente simplificada su tarea. Sólo se limitará a observar en qué etapa se encuentra detenido y analizará la cadena de mando vinculada a la etapa siguiente. Por ejemplo, si la etapa siguiente fuera B- (retorno del cilindro B) deberá analizar todos los elementos designados con la letra B, seguida de números impares B03, B3, B5, B7, etc., y obviamente también B1 y el elemento de potencia B.

32 34 MICRO 4.5 Designación de las líneas de conexionado Las líneas de conexionado pueden identificarse de modo similar a las eléctricas, por medio de rectángulos asociados a las líneas del esquema o por medio de rótulos en la instalación real. Cada línea llevará una identificación en cada extremo. En cada una de ellas se consignará, en primer lugar, el elemento correspondiente al extremo en cuestión y el número de la boca conectada; en segundo lugar y separado por una barra inclinada, el elemento del extremo opuesto y su boca de conexión. De esta forma, una línea de conexión en la instalación real podrá ser leída desde ambos extremos, muchas veces distantes entre si. Resultará de suma utilidad para cablear inicialmente la instalación, localizar posteriores errores de conexionado, seguir el flujo de las señales de mando, recablear elementos reparados o sustituidos, etc. RECUERDE que... A efectos de no cargar excesivamente el esquema circuital y dificultar su lectura, es conveniente que la designación de las líneas de conexionado se realice en un esquema separado, respetando la ubicación adoptada en el primero, pero omitiendo los detalles internos de los símbolos (vías y posiciones u otras).

33 < 5 DOCUMENTACIÓN TÉCNICA 35 5 Documentación técnica 5.1 Lista de materiales A los efectos de una rápida e inequívoca determinación de las especificaciones técnicas de los componentes y las cantidades que intervienen en un mando, resulta de suma utilidad la elaboración de una lista de materiales, en donde se consignen: La denominación del componente, en concordancia con lo establecido en el esquema circuital. Las especificaciones técnicas resumidas. Los códigos de identificación internos y/o del fabricante. Las cantidades totales por modelo. El nombre del fabricante, etc. Esta lista de materiales formará parte del plano o esquema circuital, el que también contendrá la representación gráfica de la secuencia operativa de la máquina (diagrama Espacio Fase, Grafcet, u otro). Disposición típica de un plano como el descrito, que incluye diagrama Espacio Fase, esquema circuital y lista de materiales

34 36 MICRO 5.2 Croquis de instalación Consiste fundamentalmente en un croquis no necesariamente muy elaborado, que refleje la posición real que en el equipo tienen los actuadores, sus finales de carrera y eventualmente también las válvulas principales. Este croquis facilitará al hombre de montaje o mantenimiento, la identificación de los elementos en la instalación real, en concordancia con los del esquema circuital, a la vez de clarificar el diálogo entre quien reporta las fallas o anomalías y la persona a cuyo cargo se encuentre la reparación. Es importante que este croquis muestre algunos detalles mecánicos del equipo, a efectos de establecer una clara relación entre los elementos y la máquina, facilitando así la ubicación. Ejemplo de un croquis de instalación

35 < 37 6 INTERPRETACIÓN DE LOS ESQUEMAS DE MANDO 6 Interpretación de los esquemas de mando 6.1 Interpretación de los esquemas circuitales de mando La finalidad de los siguientes apartados será la de incorporar en forma gradual las estructuras básicas de la técnica neumática de mando. Éstas permiten concretar e interpretar posteriormente esquemas de mando más complejos. La correcta interpretación de los esquemas de mando constituye la base para la detección sistemática de las fallas Mandos neumáticos básicos Ejercitación A continuación, resolver los siguientes automatismos, teniendo en cuenta las particularidades señaladas en cada uno de los ejercicios. Ejercicio Nº 1 Mando directo de un cilindro de simple efecto por válvula monoestable de comando manual por pulsador. Ejercicio Nº 2 Mando directo de un cilindro de simple efecto con válvula biestable de comando manual a palanca:

36 38 MICRO Ejercicio Nº 3 Mando directo de un cilindro de doble efecto con válvula monoestable de comando manual a palanca: Ejercicio Nº 4 Mando directo de un cilindro de doble efecto con válvula biestable de comando manual a palanca: Ejercicio Nº5 Mando indirecto de un cilindro de simple efecto con válvula monoestable mandada por una señal neumática proveniente de una válvula 3/2 accionada manualmente:

37 < 6 INTERPRETACIÓN DE LOS ESQUEMAS DE MANDO 39 Ejercicio Nº 6 Mando indirecto de un cilindro de simple efecto con válvula biestable mandada por dos señales neumáticas provenientes de sendas válvulas 3/2 de comando manual: Ejercicio Nº 7 Mando indirecto de un cilindro de doble efecto con válvula monoestable gobernada por una señal neumática proveniente de una válvula 3/2 accionada manualmente: Ejercicio Nº 8 Mando indirecto de un cilindro de doble efecto con válvula biestable comandada por señales neumáticas provenientes de dos válvulas 3/2 accionadas por pulsador:

38 40 MICRO Conclusiones Para accionar un cilindro de simple efecto se utiliza una válvula 3/2, en tanto que para uno de doble efecto deben utilizarse válvulas 4/2 ó 5/2. Las válvulas pueden ser monoestables (una única posición de reposo) o biestables (reposo indistinto en ambas posiciones). El uso de válvulas monoestables conduce a mandos de iguales características, es decir, que la acción en la parte operativa se mantiene en tanto sea mantenida la acción de mando (ver mando piloto). El uso de válvulas biestables conduce a mandos también biestables, es decir que la acción perdura aunque se haya suprimido la acción de mando y sólo cesa cuando se opere una señal de mando contraria (ver mando de acción retenida o memorizada) Mandos con realimentación de señal Mediante la técnica de realimentación es posible convertir un mando piloto (de comportamiento monoestable) en uno de acción retenida o memorizada (de comportamiento biestable), aún utilizando válvulas monoestables. Retornando al ejercicio Nº 7, vemos que si tomamos señal de la vía que alimenta la cámara trasera del cilindro, como muestra la figura, y a través de una válvula O la ingresamos a la cadena de señales de mando, toda vez que se oprima el pulsador A2, el cilindro A extenderá su vástago, permaneciendo allí aunque A2 deje de ser actuado. El piloto de A1 es ahora realimentado con señal a través de A4 proveniente de una vía de alimentación del cilindro, lográndose así un comportamiento biestable del mando. Para retornar el cilindro a su posición de reposo, bastará interrumpir la realimentación, como se muestra en la segunda figura, mediante el pulsador A3 normalmente abierto.

39 < 6 INTERPRETACIÓN DE LOS ESQUEMAS DE MANDO 41 La realimentación tomada de las vías de utilización de los cilindros es susceptible a interferencias provocadas por el movimiento del actuador. Éstas se hacen notables cuando los actuadores son de grandes dimensiones, no siendo la realimentación efectiva hasta tanto el actuador alcance su posición final de carrera, lo que obliga a mantener el pulsador oprimido durante un período prolongado. Una mejora notable de esta condición se logra realimentando desde una válvula intermedia (A6) como muestra la figura: El comportamiento del mando será ahora análogo al del ejercicio Nº 8, pero utiliza mayor cantidad de componentes y por lo tanto, es más costosa su implementación. Los circuitos con realimentación son aplicables cuando, por razones de seguridad y antes falta de suministro de aire comprimido, se exija que el mando retorne a posición de reposo al ser aquel restituido. Si analizamos el funcionamiento del circuito de la anterior, veremos que oprimiendo A2 y A3 simultáneamente, prevalece la acción de A2 y por lo tanto el cilindro A avanza. El mando se llamará de marcha prevaleciente. Muestra una solución equivalente pero con características de paro prevaleciente

40 42 MICRO El circuito subsiguiente muestra otra forma de lograr la realimentación de señal: Mando automático elemental de un actuador Ejercitación Ejercicio Nº 9 Un cilindro de doble efecto debe ejercer su acción al oprimir un pulsador. El retorno debe ser automático una vez alcanzada la posición final de carrera. a) Con válvula 5/2 biestable de comando indirecto. b) Con válvula 5/2 monoestable de comando indirecto y realimentación.

41 < 6 INTERPRETACIÓN DE LOS ESQUEMAS DE MANDO 43 Los circuitos mostrados representan el inconveniente de que si el pulsador A2 se mantiene oprimido, la secuencia se interrumpe con el vástago del cilindro extendido. La señal de final de carrera no se logra en razón de la presencia en la válvula A1 y A6, respectivamente, de la señal del pulsador. Por otro lado, el ciclo podría comenzar en cualquier punto de la carrera de retorno, sin que haya sido completado el ciclo anterior. Esto es en razón de que el pulsador A2 está permanentemente alimentado y en consecuencia es capaz de emitir señal toda vez que sea oprimido Mando automático elemental con inicio condicionado Resuelva los siguientes automatismos: Ejercicio Nº 10 Un cilindro de doble efecto debe ejercer su acción al oprimir un pulsador, pero sólo si el cilindro se encuentra con su vástago retraído. El retorno será automático una vez alcanzada la posición final de carrera. El ciclo debe completarse, aún cuando se mantenga oprimido el pulsador. a) Con válvula 5/2 monoestable de comando indirecto. b) Con válvula 5/2 monoestable de comando indirecto y realimentación. Ahora bien, compara la solución con la del ejercicio N 9. La presencia del final de carrera A2 en la posición de reposo asegura alimentación al pulsador, sólo cuando el vástago se encuentra retraído, lo cual garantiza el cumplimiento del ciclo aunque aquél permanezca oprimido. La conexión real de A2 y A4 configura una condición lógica Y para el arranque. Es decir, para que el ciclo comience, deben verificarse simultáneamente el accionamiento de A2 en la máquina y el de A4 por el operador. Ejercicio Nº 11 Se pretende lograr un sistema de iguales características que las del ejercicio Nº 10, pero el inicio deberá lograrse indistintamente desde dos pulsadores distantes entre si. Esta exigencia implica una condición lógica O de inicio.

42 44 MICRO El avance del cilindro A se podrá concretar bien desde A4 o desde A6, vinculados mediante la selectora A8 (válvula O ). El final de carrera A2 en serie cumple las funciones ya descriptas en el ejercicio Nº 10, estableciendo una condición Y de inicio. La solución mostrada en el esquema de la segunda figura presentada para el conjunto A2, A4, A6 y A8 es equivalente a la anterior, sólo que en la condición Y de inicio es lograda mediante una válvula de simultaneidad (A10). Ejercicio Nº 12 Implementar el conexionado de válvulas O para que el ciclo del ejercicio Nº 11 pueda ser iniciado indistintamente desde cuatro pulsadores distantes entre si.

43 < 6 INTERPRETACIÓN DE LOS ESQUEMAS DE MANDO 45 Ejercicio Nº 13 Se pretende lograr un sistema de iguales características que el ejercicio Nº 10, pero el inicio deberá lograrse sólo si son oprimidos simultáneamente dos pulsadores (uno Y, otro de un comando bimanual). Esto implica una condición lógica Y de inicio entre los dos pulsadores de marcha. El avance del cilindro A podrá concretarse sólo cuando se encuentren oprimidas A4 y A6 por el operador, y además el fin de carrera A2 en la máquina. El esquema circuital que presenta la figura muestra una solución equivalente utilizando válvulas de simultaneidad o válvulas Y.

44 46 MICRO Las válvulas de simultaneidad A8 y A10 del esquema anterior, pueden ser reemplazadas por válvulas 3/2 monoestables de pilotaje neumático, como muestra el esquema siguiente: Ejercicio Nº 14 Implementar el conexionado de válvulas Y para que el ciclo del ejercicio Nº 13 pueda ser iniciado si se oprimen simultáneamente cuatro pulsadores, constituyendo un comando de seguridad a cuatro manos.

45 < 6 INTERPRETACIÓN DE LOS ESQUEMAS DE MANDO Mandos alternativos Ejercitación Ejercicio Nº 15 Se pretende con un único pulsador gobernar el avance y retroceso de un cilindro de doble efecto. Al oprimir el pulsador, debe producirse en forma alternativa el avance y el retroceso del vástago. a) Con finales de carrera. b) Con válvula auxiliar 5/2 y válvulas O (sin finales de carrera).

46 48 MICRO c) Con válvula auxiliar 5/2 y dos válvulas 3/2 monoestables (sin finales de carrera). d) Con válvula auxiliar 5/2 y válvulas Y (sin finales de carrera). RECUERDE que... Las válvulas neumáticas son los dispositivos que dirigen y regulan el aire comprimido, gobiernan la salida y la entrada, el cierre o habilitación, la dirección, la presión y el caudal de aire comprimido.

47 < 6 INTERPRETACIÓN DE LOS ESQUEMAS DE MANDO Mandos para regulación de velocidad en actuadores neumáticos Como norma general, la regulación de velocidad de los actuadores neumáticos debe hacerse, siempre y en lo posible, sobre la vía de descarga del actuador. De este modo y dentro de valores compatibles con la elasticidad del aire comprimido, podrán lograrse regulaciones estables de la velocidad. La elasticidad del medio influye notablemente en las bajas velocidades, fijándose para las regulaciones neumáticas un límite práctico inferior que oscila entre los 30 y 50 mm/seg, dependiendo, además, del tamaño del actuador, características de la carga sobre el vástago, calidad del regulador empleado, presión de alimentación, etc. Cuando deban obtenerse movimientos estables con velocidades inferiores al límite señalado, deberá recurrirse a sistemas hidroneumáticos o hidráulicos de avance, cuyo límite de regulación en términos prácticos puede ser tan bajo como se quiera. La regulación por las vías de alimentación resta fuerza a los actuadores y resulta inestable aún a altas velocidades, razón por la cual sólo deben ser empleadas cuando no exista otra alternativa y en donde además no se requiera estabilidad de regulación. Regulación en actuadores de simple efecto En este tipo de actuadores no queda otra solución más que regular su vía de alimentación con las limitaciones ya enunciadas. Avance regulado y retorno normal Avance regulado y retorno normal

48 50 MICRO 50 Avance y retorno regulados no independientes Avance y retorno regulados independientes Avance normal y retorno rápido.

49 < 6 INTERPRETACIÓN DE LOS ESQUEMAS DE MANDO 51 Avance regulado y retorno rápido Regulación en actuadores de doble efecto En este caso es posible aplicar la norma general de regulación. Avance regulado y retorno normal a) Con válvula direccional 4/2. b) Con válvula direccional 5/2.

50 52 MICRO Avance normal y retorno regulado a) Con válvula direccional 4/2. b) Con válvula direccional 5/2. Avance y retorno regulados no independientes

51 < 6 INTERPRETACIÓN DE LOS ESQUEMAS DE MANDO 53 Avance y retorno regulados e independientes a) Con válvula direccional 4/2. b) Con válvula direccional 5/2. Avance y retorno rápido Indistintamente con válvulas 4/2 ó 5/2.

52 54 MICRO Avance regulado y retorno rápido a) Con válvula direccional 4/2. b) Con válvula direccional 5/2. Avance rápido y retorno regulado a) Con válvula direccional 4/2.

53 < 6 INTERPRETACIÓN DE LOS ESQUEMAS DE MANDO 55 b) Con válvula direccional 5/2. Conclusiones y comentarios 1. La disminución de velocidad en actuadores neumáticos se logra con reguladores de caudal unidireccionales o bidireccionales. 2. El aumento de velocidad se logra con válvulas de escape rápido. Éstas permiten aumentar la velocidad media de un actuador entre un 40 y un 60 % respecto de la velocidad con descarga normal. 3. La velocidad puede regularse (según el caso) sobre las vías de utilización de las válvulas o sobre los escapes de éstas. Es más efectiva la primera y más lo es cuanto más cerca del actuador se efectúe la regulación. 4. Las válvulas de escape rápido se instalarán lo más cerca posible del actuador. Las conexiones entre éste y la válvula de escape serán como mínimo del mismo tamaño que la conexión del actuador si quieren obtenerse plenos resultados. 5. Las válvulas 5/2 ofrecen siempre mayores alternativas para la regulación que las válvulas 4/ Temporizaciones neumáticas Esquemas básicos de temporizaciones Temporización con retardo a la apertura: