Apunte de Cátedra: “Dispositivos de Accionamiento y Control”
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Apunte de Cátedra: “Dispositivos de Accionamiento y Control” Colegio Sagrado Corazón de Jesús. 6to Año – Electro Mecánica – Profesores: Pablo Forte. Año de Cursada: 2014 Indice. Introducción. Expectativas de Logro. Pautas de Trabajo. Metodología de Evaluación. Unidad Nº1: Sistemas de Control. ¿Qué es un sistema? Sistemas de Control Industrial. Generalidades. Tipos de Señales en un Sistema de Control. Sistemas de Control a Lazo o Bucle Abierto. Sistemas de Control a Lazo o Bucle Cerrado. Unidad Nº2: Compuertas/Funciones Lógicas. ¿Qué es una función lógica? Tipos de Compuertas (AND, OR, NAND, NOR, XOR, XNOR). Tablas de Verdad, Circuitos Eléctricos y Ladder Correspondientes. Unidad Nº3: Relés y Contactores. Conceptos y Generalidades. Simbología. Circuitos y Ejemplos Aplicativos. Circuitos de Auto-retención. Unidad Nº4: Electro Neumática. Conceptos y Generalidades de la Neumática. Parámetros Para el Diseño de Redes Neumáticas. Ventajas y Desventajas de la Neumática. Actuadores Neumáticos. Tipos de Cilindros Según su Construcción. Electro Válvulas Direccionales. Circuitos y Ejemplos Aplicativos. Unidad Nº5: Sensores. Concepto y Generalidades. Tipos de Sensores. Normalización. Circuitos y Ejemplos Aplicativos. Unidad Nº6: Controladores Lógicos Programables. (PLC) ¿Qué es un PLC? Conceptos y Generalidades. Consideraciones básicas sobre especificaciones técnicas. Criterios para la selección. Cuestiones a tener en cuenta para la selección de un equipo: Diagrama en Bloque y Arquitectura Interna de un PLC. Lenguaje de programación por lógica de contactos. Ladder (LD o KOP), Bloques de Función (FBD), Grafset (SFC). Programación y puesta en marcha del equipo. Interfaz PC / PLC. Funciones integradas en el PLC: Contadores, Temporizadores, Memorias. Softwares de trabajo: PL707 / Zelio soft. Unidad Nº7: Control de Velocidad Motores de C.C. Unidad Nº8: Control de Velocidad Motores de C. A. Variadores de Frecuencia. Concepto y generalidades. Usos y Aplicaciones. Tipos de variadores. Especificaciones técnicas. Circuitos y Ejemplos Aplicativos. (Conexionado) Interacción entre variador de velocidad y controladores lógicos programables. Introduccion. Expectativas de Logro. Que el alumno: Elabore la documentación para resolver un problema de mando. Interprete problemas de aplicación para automatismos. Proponga circuitos electo – neumáticos para resolver automatismos básicos. Resuelva problemas de mando por medio de vías eléctricas y aplicaciones neumáticas. Se inicie en la programación y operación de Controladores Lógicos Programables. Logre la aplicación y el dominio de las normas, técnicas de seguridad y protección del medio ambiente. Comprenda los esquemas/planos eléctricos y neumáticos. Adquiera la habilidad de leer, interpretar y trabajar sobre diagramas de programación ladder. Pautas de Trabajo. La cursada de esta cátedra propone una metodología de trabajo organizada desde distintos flancos de acción. Es una materia teórico/práctica, a desarrollarse en el marco del aula-taller donde se dispondrán las clases que en su mayoría serán de carácter mixto. Con lo cual, los alumnos contarán con una variedad de ejercitaciones prácticas a realizarse en modelos a escala y tableros de prueba. Pero teniendo en cuenta que la materia tendrá una fundamentación teórica muy importante que es lo que nos dará el soporte lógico y la posibilidad de reflexionar sobre el accionar en la práctica. Finalmente, la ejercitación sobre los modelos y los tableros nos darán la posibilidad de corroborar o refutar el marco teórico en el que se encuentra inscripta la materia. Por otra parte, se promoverá un ambiente de trabajo donde la interacción entre los alumnos entre sí, tanto como la interacción desde y hacia el docente para con los alumnos será distendida y grata, cuidando siempre el respeto por el otro y el lugar que sostiene. Los materiales y herramientas serán aportados por la institución y son (en su mayoría) propios para el uso dentro de esta área de trabajo en el aula-taller. Por lo tanto, los alumnos serán los responsables del cuidado, el orden y el uso de dichas herramientas. Esto será a su vez, parte del seguimiento para la evaluación del accionar en la materia. Finalizando, el docente se encuentra a disposición de los alumnos y promueve distintas vías de comunicación para el encuentro con los alumnos de la cátedra. Utilizando las herramientas tecnológicas que están al alcance hoy en día de la mayoría de los alumnos, los mismos dispondrán de una dirección de e mail y un grupo en la red social “Facebook” para contactarse con el docente, hacer preguntas, plantear inquietudes, requerir material de estudio y conocer las respectivas fechas de eventuales evaluaciones, cierres de notas y entregas de trabajos prácticos. Metodología de Evaluación. La evaluación es un proceso que el docente realizará de manera permanente, en la tarea cotidiana, a través del trabajo diario con los alumnos encargados en su materia. Tiempos y métodos destinados específicamente para este fin serán: Auto-evaluación: es un momento de reflexión y de análisis crítico de lo realizado. Se formula un conjunto de preguntas claves, cuyas respuestas le brindará al estudiante, información sobre el nivel de logros alcanzados. Evaluación participativa: el propósito de este momento es obtener información suficiente como para hacer los ajustes indispensables para mejorar la tarea de los alumnos y docentes. Se debe analizar e intercambiar información acerca de cuestiones relacionadas con el aprendizaje, convivencia y la relación existente en el grupo y con el docente. Evaluación de los contenidos de aprendizaje: evaluación formal escrita. Criterios de evaluación: Para afianzar una actitud de responsabilidad y compromiso. El alumno deberá: Cumplir con el material didáctico solicitado. Realizar los trabajos prácticos en tiempo y forma, respetando tolerancias fijadas. Participar de las clases activamente. Demostrar sus conocimientos al ser evaluado. (teórica o practicamente) Respetar a los compañeros y personal del instituto. Colaborar para que las clases se desarrollen en un clima de trabajo y orden. Cuidar los instrumentos, maquinas e instalaciones para garantizar el desempeño seguro sobre las maquinas y equipos. Instrumentos de evaluación: Trabajos individuales y grupales. Evaluaciones escritas, orales y en máquina. Unidad Nº1: Sistemas de Control. ¿Qué es un sistema? Un sistema es un conjunto de elementos independientes, que están interrelacionados bajo una coherencia lógica, cumpliendo un orden dinámico para el logro de un objetivo en común. Con ello descartamos la posibilidad de definir un sistema como una mera agrupación de cosas. Estos elementos incluidos dentro del mismo, trabajan en base al principio de sinergia lo cual implica que, cada elemento aislado, por sí mismo, no puede explicar ni fundamentar el accionar de la totalidad del sistema. Todo sistema tiene una naturaleza orgánica, por lo cual una acción que produzca un cambio en una de las unidades del sistema, con mucha probabilidad producirá cambios en todas las unidades de éste. El efecto total de esos cambios o alteraciones se presentará como un ajuste a todo el sistema, el cual siempre reaccionará globalmente a cualquier estímulo producido en cualquier parte o unidad interna. Existe una relación de causa y efecto entre las diferentes partes constituyentes del mismo. Axiomas que explican la estructuración de un sistema: “El todo es más que la suma de las partes.” “El todo determina la naturaleza de las partes.” “Las partes no pueden comprenderse si se consideran en forma aislada del todo.” “Las partes están dinámicamente interrelacionadas o son interdependientes.” Deberíamos también tener en cuenta dos principios existentes en todo tipo de sistemas: Entropía: es la tendencia que tienen los sistemas al desgaste, a la desintegración, para el relajamiento de los estándares y para un aumento de la aleatoriedad. A medida que la entropía aumenta, los sistemas se descomponen en estados más simples. Homeostasis: es el equilibrio dinámico entre las partes de un sistema. Los sistemas tienden a adaptarse con el fin de alcanzar un equilibrio interno frente a los cambios externos del medio ambiente. Por último, habría que decir que, si dentro de un sistema, algún elemento comienza a mostrar desperfectos o variaciones no esperadas en su accionar, ello a su vez, ocasionará respuestas o acciones no esperadas en el funcionamiento general de dicho sistema. Sistemas de Control. Generalidades. Es la aplicación e instrumentación de herramientas tecnológicas para el armado, la regulación, el seguimiento y la corrección de procesos industriales. En este sentido se incorporan e integran conocimientos y dispositivos desde distintas disciplinas para la conformación de circuitos eléctricos, neumáticos e hidráulicos que permiten llevar adelante las acciones necesarias para la gestión de procesos industriales. Algunas nociones fundamentales en relación a la teoría de control que utilizaremos constantemente serán: Entrada: es todo estímulo aplicado al sistema de control para producir una respuesta especificada. Salida: es toda respuesta obtenida que puede ser diferente a la especificada. Perturbación: es una entrada que afecta adversamente a la salida. Algunos elementos constituyentes de los sistemas de control son: Planta: es el proceso o equipo que se desea controlar, que tiene como objetivo realizar una acción determinada. Controlarlo implica variar la manera en que se comporta, modificar su funcionamiento. (Por ej.: variar la velocidad a la que se mueve un elemento, aquello que se debe poner en funcionamiento o apagar). Controlador o Unidad de Control: es el cerebro de todo sistema de control. Realizará la lectura de las entradas del sistema, las procesará de acuerdo a la programación o el conexionado interno; y decidirá, según se cumplan o no las condiciones precisadas, cuáles serán los efectos producidos en las salidas del sistema. Esta etapa trabaja con señales de control de baja potencia. Accionamientos: Reciben las señales de baja potencia del controlador y las transforma en señales de alta potencia, aptas para accionar la planta. Por cumplir dicha función podríamos decir que equivalen a amplificadores de potencia. Reciben señales de baja potencia, y manejan a su salida señales de mayor potencia. Transductores (Sensor + Interfaz): los sensores convierten magnitudes físicas (Por ej. Temperatura, movimiento, humedad, cantidad de luz, velocidad, aceleración, PH, etc.) en magnitudes eléctricas (corriente eléctrica o tensión). La interfaz por su parte, se encarga de adaptar las señales de los sensores a las entradas del sistema de control. Tipos de Señales en un Sistema de Control. Para el control de procesos y las aplicaciones en el área de automatización, se utilizan distinto tipo de señales con fines igualmente diferentes. Si bien, en el campo de trabajo nos encontraremos con una importante variedad de señales, para un primer acercamiento a su estudio las podremos dividir en dos grandes grupos, para nosotros, entonces: Señales Analógicas y Señales Digitales. Señales Analógicas. Son variables eléctricas que evolucionan en el tiempo en forma análoga a alguna variable física. Estas variables pueden presentarse en la forma de una corriente, una tensión o una carga eléctrica. Varían en forma continua entre un límite inferior y un límite superior. Cuando estos límites coinciden con los límites que admite un determinado dispositivo, se dice que la señal está normalizada. La ventaja de trabajar con señales normalizadas es que se aprovecha mejor la relación señal/ruido del dispositivo. Así mismo, si la señal repite un juego de valores en idéntica unidad temporal, diremos entonces que la señal es de tipo periódico. Por lo tanto, este tipo de señales, en distintos momentos, podrá adoptar una serie de valores dentro del rango posible. Algunos ejemplos de señales digitales pueden ser: Señales Digitales: También llamadas “señales discretas”. Son variables eléctricas con dos niveles bien diferenciados que se alternan en el tiempo transmitiendo información según un código previamente acordado. Cada nivel eléctrico representa uno de dos símbolos: 0 ó 1, V o F, etc. Los niveles específicos dependen del tipo de dispositivos utilizado. El hecho de que una señal digital pueda tener 2 n estados, no nos dice nada respecto a qué significa o cómo se interpreta cada estado. Como veremos a continuación, esta interpretación depende, realmente, del código utilizado. Estos ejemplos muestran uno de los principales atractivos de las señales digitales: su gran inmunidad al ruido. Las señales digitales descriptas tienen la particularidad de tener sólo dos estados y por lo tanto permiten representar, transmitir o almacenar información binaria. En la práctica, otras formas de entender el código de las señales binarias es como “abierto” o “cerrado” (en lógica de contactos), “encendido” o “apagado”, “24 V C.A” o “0 V C.A”. Queremos decir que, el 1 lógico y el 0 lógico valdrán distinto según la lógica y la norma que utilicemos en un determinado circuito o tablero lógico. Una señal digital típica se vería de esta forma: Sistemas de Control a Lazo o Bucle Abierto. En este tipo de sistemas de control, la entrada actúa directamente sobre el dispositivo de control o regulador, para producir, por medio de los actuadores, el efecto deseado en las variables de salida. En estos sistemas, el regulador, no comprueba el valor que toma la variable de salida. Por lo tanto, el sistema no recibe información sobre el estado de la planta o equipo a controlar. En consecuencia, son sensibles a las perturbaciones que se pudiesen producir sobre la planta. Algunos ejemplos aplicativos podrían ser: Encendido y apagado de una lámpara mediante una llave de luz. Encendido y apagado manual de una bomba de agua para llenar el tanque. Un horno de cocina común y corriente. Sistemas de Control a Lazo o Bucle Cerrado. A diferencia de los sistemas trabajados anteriormente, en estos, la salida y la entrada están relacionadas mediante un “Bucle de Retroalimentación”. A través del mismo, la salida influye sobre la señal de entrada, teniendo así un efecto sobre la acción de control. Los elementos encargados de realizar este Feedback son los sensores, los cuales detectan cambios que se producen en la salida, llevan esa información al dispositivo de control quién, por su parte, podrá actuar en consonancia con dicha información recibida para conseguir la señal de salida deseada. Por todo ello, es que estos sistemas son capaces de funcionar por sí solos, de manera automática sin o con muy poca intervención humana. Algunos ejemplos aplicativos podrían ser: El llenado de un tanque de agua con corte automático. Una máquina de embalaje. Un termo-tanque o caldera con termostato. Unidad Nº2: Compuertas/Funciones Logicas. ¿Qué es una función lógica? Para comprender que es una función o compuerta lógica, tendríamos que en principio definir cuál es el campo de la lógica y por qué razón, desde nuestra materia debemos hacer uso de ella. La lógica investiga la relación de consecuencia que se da entre una serie de premisas y la conclusión de un argumento (o razonamiento) correcto. Se dice que un argumento es correcto (válido) si su conclusión se sigue o es consecuencia de sus premisas; de otro modo es incorrecto. Cuando hablamos de argumento o razonamiento, hacemos referencia a un sistema de enunciados (afirmaciones o sentencias a cerca de algo). Uno de esos enunciados es designado como conclusión y el resto como premisas. Para nosotros, lo importante y lo útil de esta disciplina es que estudia las relaciones entre las causas y las consecuencias de los hechos. Con ello hacemos referencia a eventos que suceden en un determinado momento y bajo unas condiciones específicas; y los resultados que dichos eventos producen. Una sentencia lógica básica que establece una relación de causa y efecto entre dos eventos puede escribirse como: Si p => q Donde “p” podemos denominarlo “la causa” y “q”, el efecto. Tipos de Compuertas (AND, OR, NAND, NOR, XOR, XNOR). De lo explicado anteriormente, la electrónica digital toma parte y hace uso de los postulados lógicos para resolver problemas de control. Para ello se crearon las compuertas lógicas, que son componentes electrónicos presentados en forma de circuitos integrados mediante los cuales pueden realizarse las funciones lógicas elementales. Otra forma de entender esto, es la que utilizaremos nosotros la mayor de las veces; que implica construir mediante esquemas de contactos, relés o contactores, dichas compuertas lógicas mediante el cableado eléctrico de los mismos. Toda función lógica puede quedar definida de tres formas diferentes: por su expresión matemática, por un símbolo lógico o por una denominada tabla de verdad que definen su comportamiento. Para nuestro uso e interés definiremos a continuación mediante las formas anteriormente nombradas las compuertas: AND, OR, NAND, NOR, XOR y XNOR. Tablas de Verdad, Circuitos Eléctricos y Ladder Correspondientes. Compuerta SÍ o Buffer. La puerta lógica “SÍ”, realiza la función booleana igualdad. En la práctica se suele utilizar como amplificador de corriente o como seguidor de tensión, para adaptar impedancias (buffer en inglés). La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta “SÍ” es: A=A Símbolos de la función lógica “SÍ”: a) Contactos, b) Normalizado y c) No normalizado Circuito Ladder o Escalera: Su tabla de verdad es la siguiente: Tabla de verdad puerta SI Entrada A Salida A 0 0 1 1 Podríamos definir el funcionamiento de la compuerta “Sí” con la frase “todo lo que entra, sale”. Si entra un 1, sale un 1. Si entra un 0, sale un 0. Por eso se la denomina “función de igualdad”. Compuerta NO (NOT). La puerta lógica “NO” (NOT en inglés) realiza la función booleana de inversión o negación de una variable lógica. Una variable lógica A, a la cual se le aplica la negación se pronuncia como "no A" o "A negada". La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta NOT es: A= Símbolos de la función lógica “NO”: a) Contactos, b) Normalizado y c) No normalizada Circuito Ladder o Escalera: Su tabla de verdad es la siguiente: Tabla de verdad puerta NOT Entrada A Salida 0 1 1 0 Podríamos definir el funcionamiento de la compuerta “No” diciendo que “lo que sale, es lo opuesto de lo que entra”. O sea, que si ingresamos un 0, obtendremos un 1 y viceversa. Compuerta AND. La puerta lógica “Y”, más conocida por su nombre en inglés AND ( ), realiza la función booleana de producto lógico. Su símbolo es un punto (·), aunque se suele omitir. Así, el producto lógico de las variables A y B se indica como AB, y se lee A y B o simplemente A por B. En la figura pueden observarse sus símbolos en electrónica. La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta AND es: Símbolos de la función lógica “Y”: a) Contactos, b) Normalizado y c) No normalizado Circuito Ladder o Escalera: Su tabla de verdad es la siguiente: Tabla de verdad puerta AND Entrada A Entrada B Salida 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 Entonces, podremos decir que para que una función “Y” sea verdadera (o sea, que su salida valga 1); la entrada A y la entrada B deben ser verdaderas. Compuerta OR. La puerta lógica “O”, más conocida por su nombre en inglés OR ( ), realiza la operación de suma lógica. En la figura pueden observarse sus símbolos en electrónica. La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta OR es: Símbolo de la función lógica “O”: a) Contactos, b) Normalizado y c) No normalizado Circuito Ladder o Escalera: Su tabla de verdad es la siguiente: Tabla de verdad puerta OR Entrada A Entrada B Salida 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 En este caso, para que la función “O” sea verdadera, es necesario que al menos una de sus dos entradas también lo sea (A o B = 1). Por ende, si ambas valen 1, como por una vía o por la otra se cumple lo dicho, la salida también valdrá 1 en ese caso. Compuerta NO-Y (NAND). La puerta lógica “NO-Y”, más conocida por su nombre en inglés NAND, realiza la operación de producto lógico negado. En la figura pueden observarse sus símbolos en electrónica. La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta NAND es: Símbolo de la función lógica “NO-Y”: a) Contactos, b) Normalizado y c) No normalizado Circuito Ladder o Escalera: Su tabla de verdad es la siguiente: Tabla de verdad puerta NAND Entrada A Entrada B Salida 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Como la función lógica “No Y” es la complementaria de la compuerta “Y”, esta valdrá 1 en cualquier combinación menos cuando ambas entradas sean iguales a 1. Compuerta NO-O (NOR). La puerta lógica “NO-O”, más conocida por su nombre en inglés NOR, realiza la operación de suma lógica negada. En la figura pueden observarse sus símbolos en electrónica. La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta NOR es: Símbolos de la función lógica “NO-O”: a) Contactos, b) Normalizado y c) No normalizado Circuito Ladder o Escalera: Su tabla de verdad es la siguiente: Tabla de verdad puerta NOR Entrada A Entrada B Salida 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 De manera similar al caso anterior, la compuerta “No O” es la complementaria de la compuerta “O”. Por lo tanto, su salida será igual a 1 (verdadera) sólo cuando sus dos entradas A y B valgan 0. Compuerta OR-exclusiva (XOR). La puerta lógica “Or-exclusiva”, más conocida por su nombre en inglés XOR, realiza la función booleana A'B+AB'. Su símbolo es el más (+) inscrito en un círculo. En la figura pueden observarse sus símbolos en electrónica. La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta XOR es: Símbolos de la función lógica O-exclusiva: a) Contactos, b) Normalizado y c) No normalizado Circuito Ladder o Escalera: Su tabla de verdad es la siguiente: Tabla de verdad puerta XOR Entrada A Entrada B Salida 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 En este caso, es una variante de la función “o”. De hecho, es la misma compuerta, pero con un régimen de exclusividad, lo cual implica que la salida de la función “XOR” será verdadera en tanto y en cuanto “ó una entrada (A) ó la otra (B) sea 1”. Si ninguna de las dos entradas es igual a 1 o por el contrario, si ambas entradas son 1, en ninguno de los casos se cumple la exclusividad y por lo tanto la salida será igual a 0. Compuerta Equivalencia (XNOR). La puerta lógica “equivalencia”, realiza la función booleana AB+~A~B. Su símbolo es un punto (·) inscrito en un círculo. En la figura pueden observarse sus símbolos en electrónica. La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta XNOR es: Símbolos de la función lógica equivalencia: a) Contactos, b) Normalizado y c) No normalizado Circuito Ladder o Escalera: Su tabla de verdad es la siguiente: Tabla de verdad puerta XNOR Entrada A Entrada B Salida 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 Finalmente, esta compuerta es la complementaria de la anterior. Y así queda armada una compuerta de equivalencia. Por lo tanto, la salida de la compuerta “XNOR” será igual a 1 en tanto y en cuanto, las dos entradas (A y B) valgan igual. Si ambas valen 0 o si ambas valen 1, entonces la salida de esta función, será verdadera. Unidad Nº3: Reles y Contactores. Conceptos y Generalidades. Simbología. Un relé es un interruptor accionado por un electroimán, por ello la denominación de “Interruptor Electromagnético”. Un electroimán está formado por una barra de hierro dulce, llamada núcleo, rodeada por una bobina de hilo de cobre. Al pasar una corriente eléctrica por la bobina el núcleo de hierro se magnetiza por efecto del campo magnético producido por la bobina, convirtiéndose en un imán tanto más potente cuanto mayor sea la intensidad de la corriente y el número de vueltas de la bobina. Al abrir de nuevo el interruptor y dejar de pasar corriente por la bobina, desaparece el campo magnético y el núcleo deja de ser un imán. Durante el tiempo en el que el electroimán se encuentra energizado, el o los contactos que se encuentran al interior del relé cambian de estados. Si son contactos Normalmente Cerrados (Nc) cambiarán de estado y se abrirán. Por el contrario, si son contactos Normalmente Abiertos (Na) invertirán su estado y se cerrarán. El relé que hemos visto hasta ahora funciona como un interruptor. Está formado por un contacto móvil o polo y un contacto fijo. Pero también hay relés que funcionan como un conmutador, porque disponen de un polo (contacto móvil) y dos contactos fijos (Fig. 5). Cuando no pasa corriente por la bobina el contacto móvil está tocando a uno de los contactos fijos (en la Fig. 5 el de la izquierda, que representa el contacto Normalmente Cerrado “Nc”). En el momento que pasa corriente por la bobina, el núcleo atrae al inducido, el cual empuja al contacto móvil hasta que toca al otro contacto fijo (el de la derecha, para nosotros llamado Normalmente Abierto “Na”). Por tanto, funciona como un conmutador, lo cual significa que permite elegir o cambiar entre dos circuitos alternativos, teniendo un punto en común. En la Fig. 6 puede verse el símbolo de este tipo de relé. También existen relés con más de un polo (contacto móvil) siendo muy interesantes para los proyectos de Tecnología los relés conmutadores de dos polos (Fig. 7) y los de cuatro polos (fig. 8). Nosotros trabajaremos entonces tanto con relés como con contactores. Ahora, ¿en dónde radica la diferencia entre una tecnología y la otra? Bueno, fundamentalmente, si bien el funcionamiento y la construcción interna son prácticamente iguales, la diferencia se encuentra en el tipo de potencia o corriente de salida que pueden manejar. Esto significa que, para aplicaciones de baja y mediana potencia, utilizaremos relés (por ejemplo en los circuitos de las balizas y las luces de giro de los autos) pero, si necesitamos controlar dispositivos de mayor potencia, entonces utilizaremos contactores (como sucede en el caso del accionamiento de máquinas herramientas en un taller o de motores de corriente alterna). Simbología de Contactores: Contactor Unipolar NA, con contacto auxiliar NA. Contactor Bipolar NA, con contacto auxiliar NA. Contactor Tripolar NA, con contactos auxiliares NA y NC. Ventajas del uso de relés: Función doble seguridad: La gran ventaja de los relés es la separación eléctrica entre la corriente de accionamiento o de entrada (la que circula por la bobina del electroimán) y la corriente que corresponde a los circuitos controlados por los contactos. Esto brinda seguridad a la persona encargada del accionamiento manual de un dispositivo por un lado, como así también al circuito de control que maneja esa planta, debido a que si surge algún problema con el dispositivo a controlar (por ejemplo, un motor de CA usado, que por el tiempo y el desgaste, se ha deteriorado su bobinado. Lo cual podría traer aparejado un aumento de la corriente de consumo y con ello estropear la salida del dispositivo de control). Función Amplificador: Posibilidad de control de un dispositivo a distancia mediante el uso de pequeñas señales de control. Esto significa que con una señal de control de baja potencia, se puede controlar (relé o Contactor por medio), un dispositivo cuyo funcionamiento demande una mayor potencia. Circuitos y Ejemplos Aplicativos. Control de un Motor de C.C Mediante un Relé Bipolar. En muchos proyectos de Tecnología es necesario controlar el giro, en ambos sentidos, de un pequeño motor eléctrico de corriente continua. Dicho control puede hacerse con una llave de cruce o con un conmutador doble, pero también podemos hacerlo con un relé, como veremos a continuación. Observa la Fig. 9. La bobina del relé se ha conectado a la fuente a través de un pulsador NA (normalmente abierto) que designamos con la letra P. El motor se ha conectado a los contactos fijos del relé del mismo modo que si se tratase de un conmutador doble. Los dos polos del relé se conectan a los bornes de la fuente. En esta situación al motor le llega la corriente por el borne derecho y le sale por el izquierdo, girando en sentido anti horario (Fig. 9). Al accionar el pulsador P (Fig. 10) suministramos corriente a la bobina del relé, haciendo ésta que los contactos móviles cambien de posición, con lo cual la corriente le llega al motor por su borne izquierdo y le sale por el derecho, girando en sentido horario. El tipo de control descrito tiene dos inconvenientes: a) el motor no se para nunca b) hay que mantener accionado el pulsador para que el motor gire en uno de los dos sentidos. El problema de parar el motor automáticamente se soluciona mediante interruptores finales de carrera, accionados por el elemento móvil (por ejemplo, una puerta corredera). Dichos interruptores deben colocarse en los cables que conectan el motor con el relé, de manera que corten la corriente del motor en el momento adecuado. Para no tener que estar accionando de forma continua el pulsador hay dos posibilidades: a) Utilizar un interruptor en lugar de un pulsador. Esta solución nos obliga a controlar el motor desde un solo lugar (donde esté el interruptor). b) Modificar el circuito que conecta la bobina con la fuente, mediante lo que se llama “Circuito de Auto – Retención”. Como veremos más adelante, esta solución nos permite controlar el motor desde dos puntos diferentes, lo cual es necesario en algunos casos, como por ejemplo si queremos poder abrir y cerrar una puerta de garaje tanto desde dentro como desde fuera del mismo. Control de Motor de C.A Mediante un Relé. En este caso, la figura muestra, a la izquierda, un circuito de control que cuenta con un pulsador Na, el cual, al ser accionado, energiza la bobina (entrada) del relé con una fuente de Corriente Continua; haciendo que se cierre el contacto de la salida del relé y permitiendo que circule la corriente de línea (230V C.A.) por el motor poniéndolo en funcionamiento. Aquí vemos como cumple la función de “Amplificador” de potencial; permitiéndonos mediante una señal pequeña de corriente continua, controlar el una señal de mayor potencia, de corriente alterna. Circuitos de Auto-retención. El circuito de Auto - Retención consiste en establecer un camino alternativo para que le siga llegando corriente a la bobina cuando dejemos de accionar el pulsador (Fig. 11). Para ello, necesitamos que el relé tenga, al menos, un polo más de los que necesitemos para controlar el dispositivo que sea (motor, bombilla, etc.), ya que es a través de uno de los polos del relé como la bobina seguirá recibiendo corriente cuando dejemos de accionar el pulsador. Esta es una forma de mantener en funcionamiento de manera automática un motor o algún otro dispositivo, mediante pulsadores, sin la necesidad de memorias o controladores. Para comprender mejor en qué consiste el circuito de Auto - Retención, supongamos que queremos controlar el encendido de una bombilla mediante un relé de dos polos y cuatro contactos (Fig. 11). Utilizaremos una fuente de C.C. para suministrar corriente a la bobina y otra para hacerlo a la bombilla, para que el esquema del circuito sea más claro. También hemos señalado con línea más gruesa los cables del circuito de enganche o auto - retención. Podemos observar que la corriente procedente del borne positivo de la fuente puede llegarle a la bobina a través del cable que tiene el pulsador P1 (de tipo NA) y a través del cable que conecta el borne positivo de la fuente con uno de los polos del relé, así como del cable que conecta el contacto abierto correspondiente a ese polo con el terminal de entrada de la bobina. Este segundo camino es el circuito de Auto - Retención que, como podemos observar, incluye un pulsador P2, de tipo NC (normalmente cerrado) cuya función veremos a continuación. Al accionar el pulsador P1 (Fig. 12) la bobina se activará y los contactos móviles del relé cambiarán de posición, cerrándose, por una parte, el circuito de la bombilla y, por otra, el circuito de auto - retención. Para mantener encendida la bombilla no es necesario que permanezca accionado el pulsador P1, ya que si dejamos de actuar sobre él (Fig. 13) la bobina seguirá recibiendo corriente a través del circuito de enganche. Cuando queramos apagar la bombilla (Fig. 14) tendremos que accionar un instante el pulsador P2, con objeto de abrir el circuito de auto – retención y, por tanto, cortar la corriente de la bobina. De esta forma, una vez soltado el pulsador P2 nos encontraremos de nuevo en la situación representada en la Fig. 11. De esta manera hemos controlado el encendido y apagado de una bombilla, accionando un instante el pulsador P1 para encenderla y accionando otro instante el pulsador P2 para apagarla. Auto – Retención para Electro Neumática: Cuando se pulsa el botón de marcha, la bobina Y se mantiene activada en ambos circuitos hasta que se presione el botón de parada. La diferencia en los circuitos se puede apreciar de la siguiente manera. Suponga que el botón de parada está desactivado. Si en el circuito de activación prioritaria se oprime el botón de marcha, la bobina Y queda activada pero no se retiene, a menos que el pulsador se mantenga oprimido. En cambio, en el circuito de desactivación prioritario, será imposible cerrar el circuito ya que el botón de paro se encuentra abierto y por lo tanto, nunca se energizará. Unidad Nº4: Electro Neumatica. Conceptos y Generalidades de la Neumática. La técnica neumática se emplea hoy en muchos campos, se prevé que en el futuro ocupe un puesto importante en la automatización de instalaciones y procesos industriales por su manejo sencillo y su amplia gama de soluciones; esto se debe, entre otras cosas, a que en el resultado de algunos problemas de automatización no puede disponerse de otro medio que sea más simple y más económico. La neumática trata de la generación y transformación de movimientos mediante el aire como fuente de energía; aplica también al conjunto de aparatos destinados a operar con aire. Parámetros Para el Diseño de Redes Neumáticas. Al iniciar el proceso de diseño de una instalación de aire comprimido se deben investigar todas las aplicaciones que se usarán y su ubicación en la planta. Con la ayuda de un cuestionario con los siguientes parámetros: Presión: Se debe estimar la presión a la cual se desea trabajar para establecer el funcionamiento del compresor y de la red. Generalmente una red industrial de aire comprimido tiene presiones de 6 y 7 bar. Caudal: El caudal de la red deberá ser diseñado con base en la demanda. Los dispositivos neumáticos traen en sus catálogos métodos para estimar su consumo. Pérdida de presión: Los componentes de una red de aire comprimido como codos, te´s, cambios de sección, unidades de mantenimiento, y otras se oponen al flujo generando pérdidas de presión. Garantizar que las pérdidas estén en los límites permisibles es una labor esencial del diseño. Ventajas de la Neumática Reducción de costos de mano de obra directos en la operación de los equipos. Uniformidad en el proceso de producción y reducción de producto no conforme. Posibilidad de reprogramar a mediano y largo plazo. Aumento de la capacidad de la instalación y eficiencia en los procesos. Cantidad: el aire se encuentra disponible prácticamente en todos los lugares en cantidades ilimitadas. Almacenamiento: Mediante acumuladores es posible recopilar aire para abastecer el equipo de trabajo. Transporte: El aire puede ser llevado a través de tuberías a grandes distancias sin necesidad de instalar una red de retorno y puede también ser trasladado mediante recipientes Cilindros o botellas con aire comprimido. Seguridad: No existe riesgo de explosión ni de incendio, lo que minimiza la necesidad de adecuar sistemas de seguridad en industrias textiles, del papel, de la madera y de la goma. Velocidad: Los actuadores neumáticos presentan gran rapidez en sus movimientos que pueden ser fácilmente regulables. Temperatura: Las variaciones de temperatura no afectan de manera representativa el comportamiento de los equipos neumáticos, permitiendo un funcionamiento seguro sin importar las condiciones extremas de trabajo. Limpio: El aire no contamina el medio ambiente, siempre y cuando no se le acondicionen lubricadores; este detalle es importante tenerlo en cuenta en aplicaciones donde se trabaja con alimentos, con productos farmacéuticos y aquellos productos que requieran algunas condiciones de higiene. Constitución de los elementos: La concepción de los elementos de trabajo es simple, por tanto el precio es económico. A prueba de sobrecargas: Las herramientas y elementos de trabajo neumáticos pueden ir hasta su parada completa sin riesgo alguno, puesto que éstos paran en caso de sobrecarga de los sistemas. Tecnología de fácil aprendizaje y agradable manejo, debido a la sencillez de sus componentes. Resistente a factores extremos de trabajo como instalaciones expuestas a la suciedad, la humedad, campos magnéticos etc. Desventajas de la Neumática Fuerza: El aire comprimido es económico sólo hasta cierta fuerza. Condicionado por la presión de servicio normalmente usual de 700 kPa (7 bar), el límite, también en función de la carrera y la velocidad, es de 20.000 a 30.000 N. Ruido: El aire que escapa de los elementos neumáticos ocasiona bastante ruido, sin embargo éste puede ser controlado ubicando elementos silenciadores o utilizando materiales insonorizantes. Preparación: Antes de ser utilizado el aire debe ser llevado a un proceso de limpieza y secado, procurando conservar los elementos neumáticos exentos de desgaste, esto lo hace demasiado costoso. Movimientos heterogéneos: Debido a la compresión del aire se presentan variaciones en el comportamiento de las velocidades de los actuadores no se pueden obtener movimientos uniformes ni precisos. Costos: La preparación del aire hace que ésta tecnología, tenga costos de funcionamiento elevados, esto es compensado con el bajo valor de sus componentes. Actuadores Neumáticos. Los cilindros neumáticos son unidades que transforman la energía potencial del aire comprimido en energía cinética o en fuerzas prensoras. Básicamente consisten en un recipiente cilíndrico provisto de un émbolo o pistón. Al introducir un determinado caudal de aire comprimido, éste se expande dentro de la cámara y provoca un desplazamiento lineal. Si se acopla al embolo un vástago rígido, este mecanismo es capaz de empujar algún elemento, o simplemente sujetarlo. La fuerza de empuje es proporcional a la presión del aire y a la superficie del pistón: F=p.A Donde: F = Fuerza p = Presión manométrica A = Área del émbolo o pistón Tipos de cilindros según su construcción Cilindros de simple efecto Uno de sus movimientos está gobernado por el aire comprimido, mientras que el otro se da por una acción antagonista, generalmente un resorte colocado en el interior del cilindro. Este resorte podrá situarse opcionalmente entre el pistón y tapa delantera (con resorte delantero) o entre el pistón y su tapa trasera (con resorte trasero).Realiza trabajo aprovechable sólo en uno de los dos sentidos, y la fuerza obtenible es algo menor a la que da la expresión F = P x A, pues hay que descontar la fuerza de oposición que ejerce el resorte. Cilindros de doble efecto El pistón es accionado por el aire comprimido en ambas carreras. Realiza trabajo aprovechable en los dos sentidos de marcha. Cilindros con doble vástago Poseen salida de vástago en ambos extremos, lo que ofrece un mejor guiado del conjunto, facilitan el colocado de levas o fines de carrera cuando hay problemas despacio en la zona de trabajo, y además presentan iguales áreas de pistón a ambos lados. Cilindros de doble pistón o en tándem Consisten en dos cilindros de doble efecto acoplados en serie con un vástago en común, formando una unidad compacta. Aplicando simultáneamente presión sobre los dos émbolos se obtiene una fuerza de casi el doble de la de un cilindro convencional del mismo diámetro. Cilindros sin vástago El pistón transmite el movimiento a la carga a través de un carro acoplado mecánicamente al pistón mediante un exclusivo sistema patentado. Un sistema de cintas garantiza un doble sellado y evita el ingreso de impurezas al interior del cilindro. Variantes constructivas de éste incluyen guías externas de diversos tipos. Pistón con imán incorporado Ciertos cilindros incorporan un imán en el pistón a efectos de actuar un interruptor magnético del tipo Reed-Switch o similar, montado en el exterior del cilindro, durante el final de su carrera. Esta señal eléctrica es utilizada para gobernar a otros órganos componentes del sistema, actuadores, contadores, emitir señales luminosas, actuar contactares, relés, PLC, o bien para controlar su propio movimiento. Electro Válvulas Direccionales. Una electroválvula es una compuerta electromecánica, diseñada para controlar el flujo de un fluido (aire) a través de un conducto como puede ser una tubería. La válvula está controlada por una corriente eléctrica a través de una bobina selenoidal. Una electroválvula tiene dos partes fundamentales: el solenoide (bobina) y la válvula. El solenoide convierte energía eléctrica en energía mecánica para actuar la válvula. Funcionando del mismo modo de un electro imán. Existen varios tipos de electroválvulas. En algunas electroválvulas el solenoide actúa directamente sobre la válvula proporcionando toda la energía necesaria para su movimiento. Generalmente, la válvula se mantiene cerrada por la acción de un muelle y el solenoide la abre venciendo la fuerza del muelle. Esto quiere decir que el solenoide debe estar activado y consumiendo energía mientras la válvula deba estar abierta. También es posible construir electroválvulas biestables que usan un solenoide para abrir la válvula y otro para cerrar o bien un solo solenoide que abre con un pulso y cierra con el siguiente. Las electroválvulas pueden ser cerradas en reposo (NC) lo cual quiere decir que cuando falla la alimentación eléctrica quedan cerradas o bien pueden ser del tipo abiertas en reposo (NA) que quedan abiertas cuando no hay alimentación. Sería conveniente hacer la aclaración que esta nomenclatura (NA Y NC) no es exactamente igual que la que usamos cuando vimos contactores y relés. Es más, es exactamente una lógica invertida. Esto se da porque en el caso de la electricidad, cuando un contacto está Normalmente Abierto, la corriente eléctrica queda interrumpida y no circula por ese circuito, hasta que sea accionado y se cierre. Así mismo, en electricidad, un contacto Normalmente Cerrado, permitirá que la corriente circule por el circuito siempre y cuando, no sea accionado, puesto que cuando se accione, abrirá el circuito y anulará la circulación de corriente. En el caso de la Neumática y la Electro Neumática, cuando una válvula se encuentra abierta, permite la circulación del fluido por ese circuito y cuando una válvula está cerrada, no permite dicha circulación. Hay electroválvulas que en lugar de abrir y cerrar lo que hacen es conmutar la entrada entre dos salidas (una salida NA y la otra NC, como vimos en el caso de los relés y contactores). Este tipo de electroválvulas a menudo se usan en los sistemas de calefacción por zonas lo que permite calentar varias zonas de forma independiente utilizando una sola bomba de circulación. En otro tipo de electroválvula el solenoide no controla la válvula directamente sino que el solenoide controla una válvula piloto secundaria y la energía para la actuación de la válvula principal la suministra la presión del propio fluido. Circuitos y Ejemplos Aplicativos. Control de Cilindro Simple Efecto, Válvula con Retorno por Muelle. En Reposo: Circuito Neumático. Circuito de Control Eléctrico. Electro Válvula. Circuito de Control Eléctrico. Electro Válvula. Activado: Circuito Neumático. Control Cilindro Doble Efecto, Válvula con Retorno por Muelle. En Reposo: Circuito Neumático. Circuito de Control Eléctrico. Electro Válvula. Control de Cilindro de Doble Efecto, Válvula con Accionamiento y Retorno Eléctrico. En Reposo: Circuito Neumático. Circuito de Control Eléctrico. Electro Válvula. Unidad Nº5: Sensores. Concepto y Generalidades. En un proceso automático se distinguen, a gran escala, dos componentes o bloques: la máquina y el mando. Los sensores son el primer eslabón en la etapa de mando, partiendo de la base de que todos los elementos que introducen señal pueden ser considerados sensores. Un sensor convierte una magnitud física y sus modificaciones en señales eléctricas utilizables. Algunas de dichas magnitudes pueden ser: temperatura, intensidad luminosa, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, pH, etc. Puede decirse también que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la señal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo. Por lo general, la señal de salida de estos sensores no es apta para su lectura directa y a veces tampoco para su procesado, por lo que se usa un circuito de acondicionamiento, como por ejemplo un puente de Wheatstone, amplificadores y filtros electrónicos que adaptan la señal a los niveles apropiados para el resto del circuito de control. Tipos de Sensores. Los sensores se clasifican según distintos aspectos, pero en principio y a grandes rasgos, podemos distinguir dos tipos de sensores; cuya separación se da a partir del tipo de señal que generan a la salida. Así se dividen en “digitales” y ‘’analógicos”. Sensores Analógicos. La variable de salida del sensor en estos casos, la mayor de las veces es una señal de tipo variable, en un rango establecido dentro de dos límites fijos. Por lo tanto, la señal eléctrica de salida irá modificándose linealmente, conforme varíe la magnitud que mide el dispositivo. En general, dicha señal se encontrará en el rango de 0 a 10 V C.C. y 4 a 20 mA. Algunos ejemplos de este tipo podrían ser: una turbina para medir caudal, un termistor, una membrana para medir presiones, un sensor de posicionamiento angular (potenciómetro) o de humedad. Sensores Digitales. Son los que utilizaremos la mayor parte de las veces en las aplicaciones específicas de nuestra materia. La principal diferencia en relación con los sensores tratados anteriormente está justamente en la señal que otorgan al circuito de control; siendo en este caso, una señal de tipo “todo o nada”. Estos dispositivos funcionan entonces como compuertas o llaves para permitir o no el pasaje de una corriente eléctrica según se lleve a cabo la detección de la magnitud a medir, con lo cual tienen dos estados “1 y 0”. Algunos ejemplos de este tipo podrían ser: finales de carrera mecánicos, sensores magnéticos (tipo alarma), sensores inductivos, sensores capacitivos, sensores ópticos. Estos son denominados sensores transistorizados los cuales son libres de contacto físico. Características generales: Sin desgaste (libres de contacto). Libres de mantenimiento. Conmutación sin contacto (No precisan tocar la pieza a sensar). Sin fuerza de accionamiento (no piezas móviles). Montaje a voluntad. Al ser elementos transistorizados se clasifican en PNP y NPN. Sensores PNP. Conmutan el polo positivo a la carga (tres hilos): Conexión para un sensor de dos terminales (dos hilos): Sensores NPN. Conectan el potencial positivo a la carga y conmutan el negativo (tres hilos): Sensores Magnéticos. Utilizan un campo magnético para el disparo de una señal eléctrica, existen tres tipos: 1. Sensor magnético con contacto Reed. 2. Sensor magnético con salida transistorizada. 3. Sensor magnético con señal neumática de salida. Sensores Inductivos. Estos sensores detectan la presencia de un material metálico, basado en el principio de inducción electromagnética. Principio de funcionamiento (Bloques): 1. Oscilador de A.F. >100Hz <1.5 MHz. 4. Indicación. 2. Modulador. 5. Salida de circuito de protección. 3. Disparo / Trigger. 6. Fuente interna regulada. Se clasifican en: Dinámicos: Aquellos que para detectar una pieza metálica, precisan que esta se encuentre en movimiento. Estáticos: Detectan la pieza metálica directamente. Sensores Capacitivos. Detectan cualquier material y por lo mismo su montaje es de especial cuidado. Principio de funcionamiento (Bloques): 1. Oscilador de A.F. 2. Modulador. 3. Disparo / Trigger. 4. Indicación. 5. Salida de circuito de protección. 6. Fuente interna regulada. Sensores Ópticos. Los sensores opto electrónicos son fiables, insobornables, detectan todo lo que se mueve, cuentan, reconocen, registran, miden, conmutan, pilotan, controlan, clasifican, posicionan, regulan, mueven. Dependiendo el fabricante o el modelo, estos sensores pueden estar construidos de distinta manera. En principio, los sensores ópticos constan de dos partes: una etapa de emisor y otra de receptor. En algunos casos, el emisor y el receptor están ubicados en dos módulos distintos (“sensor de barrera”). En otros casos, el emisor y el receptor están incluidos en el mismo módulo (“sensor de reflexión directa”), con lo cual también se deberá usar un espejo que refracte el rayo infra rojo emitido por el dispositivo para devolverlo y que lo detecte el receptor. De todas maneras, en cualquiera de los dos modelos recién nombrados, en el momento del montaje habrá que efectuar una calibración para la puesta en marcha del dispositivo; de manera que el emisor y el receptor tengan contacto visual. Apropiados para grandes distancias, independientes del material a sensar, les afecta el polvo y fuertes focos luminosos. Principio de funcionamiento: 1. Oscilador. 7. Inter-conector y (filtra señal). 2. Emisor foto electrónico. 8. Convertidor impulso/nivel. 3. Radiación luminosa. 9. Indicador de activación. 4. Receptor foto electrónico. 10. Amplificación de salida. 5. Preamplificador. 11. Fuente regulada interna. 6. Sensibilidad. Normalización: Designación de conductores según norma 5004 BK Negro Salida (abierto) BU Azul Negativo (-) BN Marrón Positivo (+) WH Blanco Salida (cerrado) OR Naranja (Selección Salida en Alto/ Bajo): En algunos casos sólo tendremos cable azul, marrón, negro y naranja; pero no dispondremos del cable blanco, el cual es reemplazado por uno naranja. En este tipo de cableados, el naranja, según esté conectado a +Vcc. o a 0 V; nos permitirá seleccionar el tipo de salida a utilizar. Salida en estado alto en un caso o salida en estado bajo en otro. Circuitos y Ejemplos Aplicativos. Unidad Nº6: Controladores Logicos Programables. (PLC) ¿Qué es un PLC? También conocidos como “Controladores Lógicos Programables” o “Autómatas Programables”, son sistemas electrónicos de funcionamiento digital, diseñado para ser utilizado en un entorno industrial (o aplicaciones comerciales), que utilizan una memoria programable para el almacenamiento interno de instrucciones orientadas al usuario, para la realización de funciones de: enlaces lógicos, secuenciación, temporización, recuento y cálculo, para controlar a través de entradas y salidas digitales o analógicas, diversos tipos de máquinas o procesos. Conceptos y Generalidades. Los primeros PLC’s fueron algo así como simples reemplazos para los tableros lógicos de relés y contactores. Su principal función era llevar adelante operaciones secuenciales que anteriormente eran implementadas por lógica de relés. Estas operaciones incluían el encendido y el apagado de máquinas y procesos que requerían operaciones repetitivas. De cualquier forma, estos primeros PLC’s fueron un adelanto sobre la tecnología de los relés. Su instalación era muy sencilla, como así también, utilizaban menos espacio y menos energía para su funcionamiento. Contaban con indicadores de diagnóstico de funcionamiento, con lo cual, se facilitaba la búsqueda y detección de errores. Por otra parte, al convertirse en los sucesores de los tableros de relés y contactores, los operarios o técnicos eléctricos y electromecánicos que llevaban a cabo la construcción lógica y la instalación de dichos tableros, debían ser capaces (sin demasiada dificultad) de instalar y programar estos nuevos equipos. Por lo cual, se implementó un lenguaje de programación con símbolos y elementos que estas personas ya conocían, denominado “Ladder”; que significa “Escalera” en inglés, debido a la forma que toman los esquemas de programación en este sistema. A grandes rasgos encontramos dos tipos de PLC según sea su construcción y su forma de aplicación: Compactos y Modulares. PLC Compactos: En un solo bloque, se encuentra la CPU, la fuente de alimenación, se sección de entradas y salidas y el puerto de comunicación. Este tipo de controladores se utilizan cuando nuestros procesos a controlar no son demasiados complejos y no requerimos de un gran número de entradas y/o salidas o de algún módulo en especial. (Por ejemplo los equipos: Nano de telemecanique que utilizaremos nosotros y los relés inteligentes Zelio). En este caso, si se debieran ampliar las funciones de la máquina o el proceso a controlar, y no alcanzaran las entradas y/o salidas del equipo que estoy utilizando, debería conectar otro PLC en serie con el que ya dispongo (si es que el modelo lo permite) y utilizar uno como maestro y el otro como esclavo. PLC Modulares: Según la norma de la construcción de este tipo de PLC encontramos dos subtipos. o Estructura Americana: Se separan los módulos de entradas y salidas del resto del PLC. o Estructura Europea: Cada módulo realiza una función específica. Un módulo es el CPU, otro la fuente de alimentación, y otro las entradas y salidas. Ahora, si utilizamos estos equipos, y debemos ampliar la funcionalidad de la planta, lo único que debemos hacer es adquirir un módulo de entradas y salidas de mayor capacidad y reemplazar solamente ese. Dejando en funcionamiento el módulo de la fuente y el del CPU colocados anteriormente. 1. Rack 2. Barra de compensación de potencial 3. Tarjetas de entradas y salidas 4. Tarjetas de comunicación 5. C.P.U. 6. Tarjeta de memoria 7. Tarjeta de fuente de alimentación. Consideraciones Básicas Sobre Especificaciones Técnicas. Criterios Para la Selección. A lo largo de la cursada, la propuesta es mostrarles que existen distintos fabricantes y modelos de PLC’s; con lo cual deberemos tener en cuenta que es imposible poder abarcar el abanico completo de opciones en cuanto a equipos y fabricantes disponibles en el mercado. Tomando esto como punto de partida, la idea será entonces, brindarles las herramientas básicas para que puedan comprender e interpretar el/los lenguajes genéricos de programación de autómatas y que puedan, así mismo, seleccionar un equipo según los requerimientos de una aplicación particular. Pudiendo distinguir dentro de las especificaciones técnicas de los equipos, cuál es el que se adapta mejor a la situación costo / beneficio que ustedes manejen. Cuestiones a tener en cuenta para la selección de un equipo: Alimentación. Capacidad de entradas y salidas. Módulos funcionales (análogos, digitales, comunicación, etc.) Cantidad de programas que puede ejecutar al mismo tiempo (multitarea). Cantidad de contadores, temporizadores, banderas y registros. Lenguajes de programación. Capacidad de realizar conexión en red de varios PLC. Respaldo de la compañía fabricante del PLC, servicio y repuestos (servicio de postventa o aftermarket). Compatibilidad con equipos de otras gamas. Alimentación. Este punto es el primero que debemos tener en cuenta para la elección y, sobretodo, la conexión del equipo; y esto por lo siguiente. No todos los PLC se deben alimentar con la misma tensión para ponerlos en funcionamiento. Hay equipos que utilizan entre 110 V C.A. y 220 V C.A. para funcionar, y hay otros que precisan ser conectados a una fuente de corriente continua de 12 V C.C o 24 V C.C. Y por qué decimos que esto es lo primero a tener en cuenta para la conexión… Porque si a un PLC que precisa para su puesta en marcha una conexión a la línea de corriente alterna de 110V / 220 V es alimentado con baja tensión de corriente continua, a lo sumo, no encenderá. Ahora, si un PLC viene especificado para ser puesto en funcionamiento mediante la conexión a una fuente de C.C. y le proporcionamos corriente de la línea de alterna, se quemará; quedando fuera de servicio. Capacidad de Entradas y Salidas. Según el problema de automatización a resolver o las funciones que debamos llevar a cabo con nuestro sistema, la cantidad de terminales de entradas y salidas que deberemos utilizar irán variando, y en consecuencia no cualquier equipo podrá sernos de utilidad para un determinado proyecto. Módulos Funcionales. Como vimos anteriormente, en los PLC modulares, deberemos seleccionarlo por separado. Con lo cual, dependiendo del tipo de señales que nos brinden nuestros dispositivos de entrada (sensores, etc.) y el tipo de señales que nos demanden los elementos a controlar; habrá que elegir módulos acorde a dichas señales. Cantidad de Programas que Puede Ejecutar al Mismo Tiempo. Sencillamente, existen equipos que solo manejan un programa corriendo por vez y otros que soportan más de una aplicación funcionando al mismo tiempo para el control de distintos procesos. Cantidad de Contadores, Temporizadores, Banderas y Registros. Evidentemente, según sea la amplitud y complejidad del proyecto a automatizar, variarán los tipos y cantidades de funciones a utilizar para llevarlos a cabo. Por lo cual, las empresas no proporcionan la misma funcionalidad en todos sus equipos. Con ello deberemos tener en cuenta cuales son las funciones lógicas que debemos utilizar para resolver nuestro desarrollo y buscar un equipo que nos permita la utilización de las mismas. Por ejemplo, no todos los PLC tienen la función de “Calendario”; ni la misma cantidad de memorias o contadores. Por ello es preciso, antes de comprar el equipo, incluso antes de elegirlo, hacer un bosquejo en papel del sistema, del desarrollo y de la programación para contar con estos datos a la hora de la elección del módulo. Lenguajes de Programación. Cómo adelantamos, los PLC fueron diseñados para ser programados e instalados por técnicos electrónicos, eléctricos y electromecánicos. Por ello, la mayoría utiliza el lenguaje Ladder. No obstante, los fabricantes proponen muchas veces otro tipo de lenguajes. Entre los cuales encontramos los Bloques de Funciones y el Grafset. También, en algunos casos, podemos encontrar equipos que permiten programar en lenguaje de alto nivel (C++, Basic, etc.); con lo cual se cubre un rango más amplio de posibilidades para que intervengan en la programación, técnicos de la rama informática, más habituados al trabajo con este tipo de lenguajes. Capacidad de Realizar Conexión en red de Varios PLC. No todos los equipos tienen puertos de extensión o de red. Por lo tanto, deberemos pensar a mediano y largo plazo, en la posibilidad de ampliar la funcionalidad del proyecto a automatizar para contemplar a la hora de la adquisición de un PLC, la necesidad o no de que dicho equipo disponga de un segmento para la extensión y la conexión por red con otros módulos. Respaldo de la Compañía Fabricante del PLC, Servicio y Repuestos. En este caso, no debemos olvidarnos de que estamos hablando de la adquisición de un “Bien de Uso”. Con ello debemos tener en cuenta (cosa que muchas veces, no se hace) que el respaldo o el Servicio de Aftermarket también cuesta. O sea, se ve reflejado en el precio del dispositivo. Muchas veces, hay marcas económicas pertenecientes a empresas poco conocidas o sin representante directo u oficial en el país. Claro, la cuestión de la ventaja del precio se ve a la hora de pagarlo y adquirirlo, pero si en algún momento el equipo tiene algún inconveniente o desperfecto técnico, o es necesaria la asistencia de un representante de atención al cliente; es en ese momento donde se ve la desventaja de un servicio de postventa malo. La calidad de la respuesta del fabricante o del representante, en el momento en que es precisada la atención al cliente que adquirió el producto, entonces, también se ve reflejada en el costo del mismo. Compatibilidad con Equipos de Otras Gamas. Lo ideal sería utilizar para todas las aplicaciones de una empresa o proyecto, el mismo tipo o marca de equipos. ¿Por qué? Bueno, es muy sencillo. Si los equipos son todos del mismo fabricante, es prácticamente imposible tener problemas de compatibilidad en cuanto a conexionado, programación, compartir archivos, etc. Ahora, lo que sucede en realidad es que, quizás una compra de la empresa se cierra con un fabricante. Y algunos años después, lo que ofrece dicho fabricante no es la mejor opción en el mercado o también puede pasar que haya algún convenio nuevo con otro fabricante, con lo cual los equipos nuevos a comprar no serán de la misma marca ni modelo que los ya existentes en funcionamiento en la empresa. En ese caso sería interesante que más allá de sus nuevas características, sean compatibles con los que ya están en uso. Diagrama en Bloque y Arquitectura Interna de un PLC. Lenguajes de programación. Ladder (LD o KOP), Bloques de Función (FBD), Grafset (SFC). Programación y puesta en marcha del equipo. Consideraciones básicas sobre especificaciones técnicas. Interfaz PC / PLC. Funciones integradas en el PLC: Contadores, Temporizadores, Memorias. Softwares de trabajo: PL707 / Zelio soft.
