CIRCUITOS DE CONTROL ELECTRONEUMÁTICOS Y ELECTROHIDRÁULICOS ISBN 978-958-53526-1-2 Jovanny Rafael Duque Rafael Ramirez Restrepo Jorge Eliecer Duarte Forero TABLA DE CONTENIDO AUTORES ............................................................................................................................................. 7 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................ 8 CAPITULO 1: DISEÑO DE CIRCUITOS ELECTRONEUMÁTICOS/HIDRÁULICOS EN LÓGICA CABLEADA ........................................................................................................................ 12 1.1 INTRODUCCIÓN AL DISEÑO DE CIRCUITOS ELECTRONEUMÁTICOS/HIDRÁULICOS EN LÓGICA CABLEADA.................................... 13 1.2 ESTRUCTURA DE LOS SISTEMAS ELECTRONEUMÁTICOS Y/O ELECTROHIDRÁULICOS ............................................................................................................ 15 1.3 DISEÑO DE CIRCUITOS ELECTRONEUMÁTICOS/HIDRÁULICOS EN LÓGICA CABLEADA CON UN SOLO CILINDRO ..................................................................................... 18 Circuito Nº 1. Accionamiento directo de una electroválvula monoestable .......................18 Circuito Nº 2. Accionamiento indirecto de una electroválvula monoestable ............19 Circuito Nº 3. Accionamiento por impulso inicial (start/stop) para una electroválvula monoestable...................................................................................................20 Circuito Nº 4. Accionamiento directo de cilindro de doble efecto con válvulas 5/2 biestable. ...................................................................................................................................21 Circuito Nº 5. Accionamiento indirecto de cilindro de doble efecto con válvulas 5/2 biestable ....................................................................................................................................22 Circuito Nº 6. Ciclo único de cilindro de doble efecto con electroválvulas monoestable 5/2 (neumática) o 4/2 (hidráulica) ................................................................23 Circuito Nº 7. Ciclo único de cilindro de doble efecto con válvulas biestable 5/2 ...24 Circuito Nº 8. Accionamiento de un cilindro de doble efecto con válvula 5/2 o 4/3 (circuito de auto retención) ....................................................................................................25 Circuito Nº 9. Ciclo único de un cilindro de doble efecto con electroválvula neumática 5/2 biestable o con electroválvula hidráulica 4/3 centro cerrado ...............26 Circuito Nº 10. Ciclo continuo de un cilindro de doble efecto con válvula electroneumática 5/2 biestable o electrohidráulica 4/3 centro cerrado .........................27 Circuito Nº 11. Ciclo único temporizado de un cilindro de doble efecto con válvula 5/2 o 4/2 monoestable (Método Intuitivo) ..........................................................................28 Circuito Nº 12. Ciclo único temporizado de un cilindro de doble efecto con válvula 5/2 o 4/2 monoestable (Método Sistemático) .....................................................................29 Circuito Nº 13. Ciclo único temporizado de un cilindro de doble efecto con válvula electrohidráulica 4/3 centro cerrado.....................................................................................30 Circuito Nº 14. Ciclo único temporizado de un cilindro de doble efecto con válvula 5/2 (Uso del temporizador a la desconexión) .....................................................................32 Circuito Nº15. Ciclo único (A+/A-) con válvula 5/2 biestable con el uso de sensores. .....................................................................................................................................................32 Circuito Nº16. Ciclo único temporizado (A+/TEMP/A-) con válvula 5/2 monoestable con el uso de sensores. ...................................................................................34 1 Circuito Nº17. Arranque de cilindros en secuencia manual forzada Secuencia de encendido y apagado independiente. .................................................................................34 Circuito Nº 18. Arranque de cilindros en secuencia manual forzada A-B-C y apagado en el mismo orden A-B-C (FIFO) .........................................................................36 Circuito Nº 19. Control eléctrico manual o automático para el accionamiento de 2 Cargas (KM1 y KM2) en secuencia forzada .......................................................................37 Circuito Nº 20. Circuito STAR/STOP con un solo pulsador (flanco ascendente) .....40 Circuito Nº 21. Circuito STAR/STOP con un solo pulsador (flanco descendente) ..41 Circuito Nº 22. Circuito electroneumático con un número de ciclos determinados (contador electromecánico) ....................................................................................................41 Circuito Nº 23. Mando de un cilindro con múltiples condiciones de operación ......43 CAPITULO 2 ....................................................................................................................................... 48 METODOLOGÍA PASO A PASO DE DISEÑO DE CIRCUITOS ELECTRONEUMÁTICOS Y /O ELECTROHIDRÁULICOS CON VARIOS CILINDROS ................................................................. 48 2.1. METODOLOGÍA PASO A PASO PARA EL DISEÑO DEL CICLO ÚNICO DE UN CIRCUITO ELECTRONEUMÁTICO CON MÚLTIPLES CILINDROS. ................................... 49 2.1.1. Descripción del automatismo.........................................................................................50 2.1.2. Croquis de la situación ...................................................................................................51 2.1.3. Tablero de control............................................................................................................51 2.1.4. Circuito electroneumático o electrohidráulico .............................................................51 2.1.5. Diagrama espacio-fase. ...................................................................................................52 2.1.6. Funciones lógicas. ............................................................................................................52 2.1.6.1 Descripción de las funciones lógicas. .........................................................................53 2.1.7. Circuito de control eléctrico del ciclo único .................................................................54 2.1.8. Incorporación de condiciones de control adicionales .................................................56 2.1.8.1. Incorporación de la condición de Ciclo Continuo (CC) al circuito .........................56 2.1.8.2. Incorporación de la condición de Ciclo x 3 (CX3) al circuito ..................................57 2.1.8.3. Incorporación de la condición de paro de Emergencia (PE) al circuito ..................59 CAPITULO 3 ....................................................................................................................................... 63 APLICACIÓN DE LA METODOLOGÍA SECUENCIAL AL DISEÑO DE CIRCUITOS ELECTRONEUMÁTICOS / HIDRÁULICOS AVANZADOS ........................................................ 63 3.1. - Caso aplicado N°1: Estación electroneumática de perforación de piezas ...................... 64 3.2. - Caso aplicado Nº 2: Estación mecatrónica manipuladora de piezas ................................. 69 3.3. - Caso aplicado Nº 3: Elevador de carga electromecánico ..................................................... 73 3.4. - Caso aplicado Nº 4: Cortadora de tubos electroneumática ................................................. 78 3.5. - Caso aplicado Nº 5: Lavadora industrial electromecánica .................................................. 83 Descripción del proyecto .................................................................................................................. 83 ANEXO 1: MONTAJE DE PRÁCTICAS EN BANCO DE CIRCUITOS ELECTRONEUMÁTICOS Y/O ELECTROHIDRÁULICOS ........................................................................................................ 96 Práctica Nª 1 en banco electroneumático: ....................................................................................... 97 Mando electroneumático de dos cilindros (A+B+A-B-) con válvulas monoestable para el cilindro (A) y biestable para el cilindro (B) .................................................................................... 97 Práctica Nª 2 en banco electroneumático: ....................................................................................... 98 Mando electroneumático de dos cilindros (A+B+A-B-) con válvulas biestable para ambos cilindros .............................................................................................................................................. 98 Práctica Nª 3 en banco electroneumático: ....................................................................................... 99 2 Mando electroneumático de dos cilindros (A+B+A-B-) con válvula biestable para el cilindro (A) y monoestable para el cilindro (B) ............................................................................................ 99 ANEXO II .......................................................................................................................................... 100 CASOS DE SIMULACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRONEUMÁTICOS Y/O ELECTROHIDRÁULICOS............................................................................................................... 100 Práctica A: Simulación del mando electroneumático de dos cilindros (A+/B+/TEMP/A-/B-) 101 Práctica B: Circuito de control electroneumático con múltiples condiciones de operación ... 106 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................ 109 3 TABLA DE FIGURAS Figura 1. Estructura de los sistemas electrohidráulicos ...................................................................15 Figura 2. Estructura de los sistemas electroneumáticos ..................................................................16 Figura 3. Accionamiento directo de una electroválvula monoestable............................................18 Figura 4. Accionamiento indirecto de una electroválvula monoestable ........................................19 Figura 5. Circuito Start/Stop .............................................................................................................20 Figura 6. Accionamiento directo de cilindro de doble efecto con válvulas 5/2 biestable. ............21 Figura 7. Accionamiento indirecto de cilindro de doble efecto con válvulas 5/2 biestable .........22 Figura 8. Ciclo único de cilindro de doble efecto con electroválvulas monoestable .....................23 Figura 9. Ciclo único de cilindro de doble efecto con válvulas biestable 5/2 ................................24 Figura 10. Mando de un cilindro de doble efecto con válvula 5/2 o 4/3.......................................25 Figura 11. Ciclo único de un cilindro de doble efecto con electroválvula neumática 5/2 biestable o con electroválvula hidráulica 4/3 centro cerrado .........................................................................26 Figura 12. Circuito electroneumático o electrohidráulico de potencia ...........................................27 Figura 13. Ciclo continuo de un cilindro de doble efecto con electroválvula hidráulica 4/3 centro cerrado o 5/2 biestable ...........................................................................................................27 Figura 14. Ciclo único temporizado de un cilindro de doble efecto con válvula 5/2 o 4/2 monoestable ........................................................................................................................................28 Figura 15. Circuito electroneumático o electrohidráulico de potencia ...........................................29 Figura 16. Ciclo único temporizado de un cilindro de doble efecto con válvula 5/2 o 4/2 monoestable (Método Sistemático) ..................................................................................................29 Figura 17. Ciclo único temporizado de un cilindro de doble efecto con válvula electrohidráulica 4/3 centro cerrado ..............................................................................................................................30 Figura 18. Ciclo único temporizado de un cilindro de doble efecto (temporizador a la desconexión) .......................................................................................................................................32 Figura 19. Ciclo único (A+/A-) con válvula 5/2 biestable con el uso de sensores. .......................33 Figura 20. Ciclo único temporizado (A+/TEMP/A-) con válvula 5/2 monoestable con el uso de sensores ...............................................................................................................................................34 Figura 21. Circuito electroneumático ................................................................................................35 Figura 22. Arranque de cilindros en secuencia manual forzada A-B-C y apagado independiente ..............................................................................................................................................................35 Figura 23. Secuencia de encendido y apagado (FIFO) .....................................................................36 Figura 24. Arranque de cilindros en secuencia manual forzada A-B-C y apagado en el mismo orden A-B-C (FIFO) ............................................................................................................................36 Figura 25. Secuencia de encendido y apagado (LIFO) .....................................................................37 Figura 26. Secuencia de encendido y apagado .................................................................................37 Figura 27. Circuito electroneumático de dos cilindros ....................................................................38 Figura 28. Control eléctrico manual o automático para el accionamiento de 2 Cargas (KM1 y KM2) en secuencia forzada ................................................................................................................38 Figura 29. Circuito STAR/STOP con un solo pulsador (flanco ascendente) .................................40 Figura 30. Circuito STAR/STOP con un solo pulsador (flanco descendente) ...............................41 Figura 31. Plano de situación y diagrama espacio-fase ...................................................................42 4 Figura 32. Circuito electroneumático o electrohidráulico de potencia ...........................................42 Figura 33. Circuito de control eléctrico que satisface los requerimientos ......................................43 Figura 34. Croquis de situación- circuito electroneumático/hidráulico - panel de mando..........44 Figura 35. Diagrama espacio-fase......................................................................................................44 Figura 36. Mando de un cilindro con múltiples condiciones de operación ...................................45 Figura 37. Condiciones Ciclo continuo, tres ciclos, paro de emergencia........................................46 Figura 38. Croquis de la situación .....................................................................................................51 Figura 39. Tablero de mando .............................................................................................................51 Figura 40. Circuitos electroneumáticos o electrohidráulicos ..........................................................52 Figura 41. Diagrama espacio-fase......................................................................................................53 Figura 42. Circuito de control eléctrico .............................................................................................56 Figura 43. Circuito electroneumático y tablero de mando ..............................................................57 Figura 44. Incorporación de la condición CC al circuito .................................................................57 Figura 45. Circuito electroneumático con incorporación de la condición CX3 (1) ........................58 Figura 46. Circuito electroneumático con incorporación de la condición CX3 (2) ........................59 Figura 47. Circuito electroneumático con incorporación de la condición PE (1) ...........................60 Figura 48. Circuito electroneumático con incorporación de la condición PE (2) ...........................61 Figura 49. Esquema de la situación - Caso aplicado N°1 ................................................................65 Figura 50. Diagrama espacio-fase - Caso aplicado N°1 ...................................................................66 Figura 51. Tablero de mando - Caso aplicado N°1 ..........................................................................66 Figura 52. Circuito electroneumático correspondiente al caso 1 ....................................................67 Figura 53. Circuito de control eléctrico correspondiente al caso 1 .................................................68 Figura 54. Diagrama espacio-fase - Caso aplicado N°2 ..................................................................70 Figura 55. Modelado 3D en un Software CAD.................................................................................70 Figura 56. Circuito electroneumático del caso N°2 ..........................................................................71 Figura 57. Proceso N° 1 estampado...................................................................................................71 Figura 58. Proceso N° 2 transporte ....................................................................................................72 Figura 59. Proceso N° 3 elevación .....................................................................................................72 Figura 60. Diagrama esquemático del elevador de carga ................................................................73 Figura 61. Circuito electrohidráulico del elevador de carga ...........................................................75 Figura 62. Trayectorias de subida .....................................................................................................76 Figura 63. Trayectorias de bajada ......................................................................................................76 Figura 64. Señal fin ciclos (subir y bajar) ..........................................................................................77 Figura 65. Activación de puerta y ciclo de puerta..........................................................................78 Figura 66. Obstáculo...........................................................................................................................78 Figura 67. Modelado mecánico en 3D del ensamble de la cortadora electroneumática ...............79 Figura 68. Diagrama espacio-fase del caso 4 ....................................................................................79 Figura 69. Circuito electroneumático del caso 4...............................................................................80 Figura 70. Circuito de control electroneumático del caso 4 – (1) ....................................................81 Figura 71. Circuito de control electroneumático del caso 4 – (2) ....................................................81 Figura 72. Circuito de control electroneumático del caso 4 - (3) .....................................................82 Figura 73. Circuito de control electroneumático del caso 4 - (4) .....................................................82 Figura 74. Esquema situación de caso N°5 .......................................................................................84 Figura 75. Circuito esquemático electroneumático del caso N°5 ....................................................85 Figura 76. Circuito llenado para lavado ...........................................................................................85 Figura 77. Circuitos ciclos de lavado................................................................................................86 Figura 78. Circuito vaciado de lavado .............................................................................................87 5 Figura 79. Circuito llenado primer enjuague....................................................................................88 Figura 80. Circuito ciclos de primer enjuague ..................................................................................88 Figura 81. Circuito vaciado primer enjuague ...................................................................................90 Figura 82. Circuito llenado segundo enjuague.................................................................................90 Figura 83. Circuitos ciclos de segundo enjuague .............................................................................91 Figura 84. Circuito vaciado segundo enjuague ................................................................................92 Figura 85. Circuito accionamiento de motores .................................................................................92 Figura 86. Circuito de salida - subir nivel .........................................................................................93 Figura 87. Circuito de salida - bajar nivel ........................................................................................94 Figura 88. Circuito de stop .................................................................................................................94 Figura 89. Plano de situación - Diagrama espacio-fase -Circuito electroneumático practica 1 ....97 Figura 90. Circuito de control eléctrico practica 1 ............................................................................97 Figura 91. Plano de situación - Diagrama espacio-fase -Circuito electroneumático practica 2 ....98 Figura 92. Circuito de control eléctrico practica 2 ............................................................................98 Figura 93. Plano de situación - Diagrama espacio-fase -Circuito electroneumático practica 2 ...99 Figura 94. Circuito de control eléctrico práctica ...............................................................................99 Figura 95. Descripción de la situación - Prensa.............................................................................. 101 Figura 96. Diagrama Espacio-Fase .................................................................................................. 101 Figura 97. Circuito electroneumático y tablero de mando ............................................................ 102 Figura 98. Circuito de control eléctrico ........................................................................................... 102 Figura 99. Circuito electroneumático y circuito electrohidráulico................................................ 106 6 AUTORES Jovanny Rafael Duque: Profesor Asociado del Programa de Ingeniería Mecatrónica en la Institución Universitaria – ITSA, e investigador asociado MinCiencias. Ingeniero Mecánico de la Universidad del Atlántico, Barranquilla, Colombia en 1999. Especialista en automatización y mecatrónica, FESTO, Bogotá, Colombia en 2007, Magister en Ingeniería de Procesos de la Universidad del Norte, Barranquilla, Colombia en 2013. Docente catedrático en el programa de Ingeniería mecánica de la Universidad del Atlántico, conferencista en múltiples congresos internacionales de automatización. Sus áreas de investigación giran alrededor de las metodologías de automatización con autómatas programable, Arduino en lenguajes Ladder, GRAFCET. Jorge Duarte Forero: Profesor tiempo completo del programa de Ingeniería Mecánica en la Universidad del Atlántico e investigador Senior MinCiencias. Ingeniero mecánico de la Universidad del Atlántico, grado obtenido en Barranquilla, Colombia en 2007. Magister en Ingeniería Mecánica de la Universidad del Norte, Barranquilla, Colombia en 2013. Doctorado en Ingeniería Mecánica de la Universidad del Norte, Colombia en 2017. Orienta la asignatura de sistemas electrohidráulicos y electroneumáticos y lidera el laboratorio de automatización en la Universidad del Atlántico. Las áreas de investigación son el modelado de sistemas de termo fluidos, potencia de fluidos y motores de combustión interna. Rafael Ramírez Restrepo: Ingeniero Mecánico de la Universidad del Norte. Minor en Ingeniería de Proyectos Mineros. Licenciado en Física y Matemáticas de la Universidad Libre de Colombia, Especialista en Computación Para la Docencia de la Universidad Antonio Nariño. Especialista en Gestión Eficiente de la Energía de la Universidad del Atlántico. Magíster en Ingeniería Mecánica de la Universidad del Norte. Magister en Gestión Energética de la Universidad del Atlántico y candidato a Doctor en Ingeniería Energética de la Universidad de la Costa, con más de 8 años experiencia en el área del sector metalmecánica: en la fabricación de envases metálicos y reciclaje de los mismo, además en el diseño y montaje de plantas productoras de alimentos y refrescos, tales como salsa de tomate, mayonesa, gaseosas, cervezas entre otros; igualmente experiencia en el mantenimiento y diseño de sistemas hidráulicos, neumáticos y electrohidráulicos, diseño de sistemas de generación de vapor. En el área de docencia más de 20 años de experiencia en neumática, electroneumática, oleohidráulica y electrohidráulica, diseño de máquinas y diseño de sistemas termo - fluidos. Líneas de investigación en mecánica de fluidos computacional, potencia de fluidos, térmicas fluidos y diseño de sistemas mecánicos y electromecánicos 7 INTRODUCCIÓN Este trabajo es el resultado del desarrollo y validación de metodologías de automatización basadas en lógica de contactos para su posterior aplicación en autómatas programables bajo el lenguaje LADDER o Processing de Arduino, representando una nueva aproximación al método de diseño de circuitos de mando eléctrico paso a paso. En la búsqueda por encontrar formas más rápidas y estructuradas de automatizar sistemas electromecánicos, por medio de la lógica cableada se han analizado dentro de proyectos de investigación, diversos métodos para el diseño de circuitos electroneumáticos y/o electrohidráulicos, entre ellos el método de cascada, el método basado en lógica binodal basado en GRAFCET que se desarrollaran en volúmenes posteriores y el que se contempla en este trabajo que correspondiente al método paso a paso. Los proyectos de investigación de los cuales se han tomado resultados para su uso dentro de este trabajo, han sido : “Metodología para la implementación de circuitos eléctricos en Arduino” y Metodología para la implementación de automatismos GRAFCET sobre Arduino”. Los desarrolladores de sistemas automatizados, se topan con la dificultad para transferir a un circuito de control eléctrico, las especificaciones de un proyecto, por lo general hacen uso de sus conocimientos en lógica de contactos de una forma poco organizada, sin embargo el camino de los métodos intuitivos no siempre llevan a soluciones exitosas, y cuando lo logran, se obtienen circuitos que no son tan fáciles de entender por otro programador. El uso de un método intuitivo, sin reglas previamente establecidas, implica en muchas ocasiones un aumento del tiempo invertido en la obtención del resultado, y no todos podrán lograrlo debido a que requiere de conocimientos y habilidades de programación de mayor nivel. Por tales razones es preferible optar por resolver un problema de automatización, aplicando un método estándar con reglas claras y que sea de fácil comprensión y mantenimiento. La importancia de esta temática está más vigente que nunca y se ve reflejada en los múltiples proyectos de automatización hechos para autómatas programables (PLC) en el lenguaje Ladder, bajo la norma IEC 61131-3 (2013), siendo este el lenguaje gráfico de programación más popular en la industria, debido a que su lógica se desprende directamente de los circuitos de control eléctrico. Este trabajo puede aportar significativamente a la formación de técnicos, tecnólogos y profesionales de la ingeniería que trabajan en el área de automatización, electrónica, electromecánica, mecatrónica y áreas afines, ya que tiene una aplicación práctica, al abordar el estudio de los sistemas de control electroneumáticos y electrohidráulico haciendo uso de los fundamentos de la lógica cableada. Por otra parte, son múltiples los programas de formación que incorporan asignaturas, donde se requiere habilidades para la elaboración y simulación de circuitos eléctricos, 8 electroneumáticos o electrohidráulicos, siendo estos transformación casi directa al lenguaje Ladder en un PLC. insumos principales para su En la actualidad, los PLC´s son los equipos programables que soportan la automatización industrial y han sido usados para reemplazar los tradicionales tableros de mando con circuitos eléctricos cableados, pero lo que no ha cambiado es la importancia de la lógica contenida en estos circuitos, que representa el fundamento de la lógica programada usada en la programación de los PLC. Es decir que antes de implementar programas en un PLC en lenguaje Ladder, este debe funcionar correctamente en una simulación en diagrama de contactos. Aunque no se trate de un nuevo método para la elaboración de automatismos eléctricos, si representa una alternativa novedosa para abordar de forma ordenada la obtención de soluciones de automatización en diagrama de contactos, para cualquier tipo de proyectos electroneumáticos o electrohidráulicos que involucren cilindros, sensores, finales de carrera, electroválvulas, solenoides, contactos normalmente abiertos , contactos normalmente cerrados , relés electromecánicos, temporizadores o contadores. Un aspecto novedoso que ha sido incorporado en el texto, son los enlaces a múltiples videos elaborados por los autores, con el fin de ampliar el conocimiento de ciertos temas, ya sea que se revisen antes o después de la lectura de cada tema, representando una herramienta útil de aprendizaje vía web. La metodología presentada en este trabajo, sirvió de fundamento para la búsqueda de soluciones a problemas de ingeniería bajo la modalidad de trabajos de investigación o de grado, dentro de los cursos de la especialización en sistemas hidráulicos y neumáticos en la Escuela Naval de Suboficiales de Barranquilla (ENSB), en el programa de Ingeniería Mecatrónica en la Institución Universitaria (IU-ITSA) y de la asignatura de hidráulica y neumática en la Universidad del Atlántico. A lo largo del libro se hizo un amplio uso de una herramienta de la simulación, como lo es el Fluid Sim P o Fluid Sim H ® (FESTO), que permite de una manera rápida, simular el comportamiento de circuitos electroneumáticos y/o electrohidráulicos. A continuación, se registran algunos de los trabajos más relevantes hechos sobre el tema y que fueron de apoyo para la realización de este trabajo. Una metodología de transformación de máquinas perforadoras convencionales a máquinas perforadoras electroneumáticas automáticas, fue desarrollada por Mutan, N. (2020), como resultado de esta conversión tecnológica, se aumentó la carga de salida de producto en cuatro (4) veces en comparación con el modelo original. La actualización del sistema de control de una estampadora de logotipos desde su forma original en lógica cableada hacia su implementación en un PLC fue descrita por Murphy, S. et al (2021), logrando considerables mejoras en reducción de tiempo, seguridad y mantenibilidad. 9 Los fundamentos de los métodos de diseño de circuitos electroneumáticos paso a paso y cascada son presentados por Cortes, J.C., & Guío, J.P. (2018), este aporte tuvo como objetivo que el lector comprenda los conceptos de la automatización electroneumática y algunas de sus aplicaciones. La sustitución de sistemas mecánicos convencionales de en máquinas impresoras de códigos y fechadoras de botellas por sistemas electroneumáticos fue descrita por Habalero, S. (2017), mejorando la productividad y reduciendo costos en mano de obra. Por medio de la simulación de circuitos electroneumáticos con el software Fluid sim, P, Jumar, R. (2014), evalúa el comportamiento de la secuencia de movimientos de una máquina en la industria de alimentos, al incorporar progresivamente diferentes componentes, como temporizaciones y contadores entre otros. Una versión del método paso a paso y su implementación es presentada por Alberto, J. (2011) por medio de un estudio de caso, en este se describe un proceso secuencial aplicado al control de circuitos electroneumáticos. Diferentes formas de resolver secuencias electroneumáticas, son explicadas por Beriáin, L. (2010), a través de los métodos paso a paso y cascada. Previo a la revisión de este texto, se recomienda que el lector este familiarizado con el funcionamiento, simbología y aplicación de los principales componentes usados en el diseño de circuitos eléctricos, electroneumáticos y/o electrohidráulicos , entre los equipos más importantes se encuentran los: pulsadores normalmente abiertos (NO), pulsadores normalmente cerrados (NC), interruptores, finales de carrera mecánicos, sensor inductivo, sensor capacitivo, sensor fotoeléctrico, sensor magnético, presostato, relés electromecánicos, temporizador con retardo a la conexión (On delay), temporizador con retardo a la desconexión (off delay), contador electromecánico, válvulas electroneumáticas 3/2 - 5/2 - 5/3, válvulas electrohidráulicas 3/2 - 4/2 - 4/3 entre otros. Para ello se sugiere revisar el texto y los videos a continuación: “Componentes de los Sistemas Electroneumáticos – Electrohidráulicos” en cualquiera de los enlaces https://www.researchgate.net/publication/351458721 https://www.academia.edu/48871902 “Componentes electromecánicos de los circuitos eléctricos” en el enlace https://youtu.be/46TcPLrimMY “Electroválvulas neumáticas hidráulicas” en el enlace https://youtu.be/YpG1msEkSWA 10 A continuación, se presenta la descripción de cada uno de los capítulos que hacen parte del texto 1. Introducción al diseño de circuitos electroneumáticos/hidráulicos en lógica cableada En este capítulo se introduce en los conceptos básicos de los circuitos de control electroneumático y/o electrohidráulico, aplicando los fundamentos de la lógica cableada, orientados al mando de los circuitos más comunes con un solo cilindro, mediante la activación, auto retención y desactivación de relés, temporizaciones, conteo de ciclos y simulaciones de los mismos. 2. Metodología de diseño paso a paso de circuitos electroneumáticos y/o electrohidráulicos Este capítulo representa el mayor aporte del texto, al contener los lineamientos generales para abordar la solución de sistemas complejos en lógica cableada, exponiendo una versión mejorada del método denominado paso a paso. Esta propuesta divide la secuencia de movimientos representada por el diagrama espacio - fase en evento, a cada evento alcanzado se le asigna un relé, a cada relé se le definen las condiciones de activación, autorretención y sus acciones asociadas, este relé permanecerá activo ejecutando su función hasta que se cumpla la condición de desactivación. Con la implementación de este método se reduce significativamente la porción intuitiva que aporta el diseñador, logrando más control y entendimiento del circuito. 3. Estudio de casos aplicados al control de circuitos electroneumáticos/hidráulicos avanzados Se presentan cuatro (4) proyectos de automatización, producto de la búsqueda de soluciones a problemas de ingeniería que fueron realizados bajo la modalidad de trabajo de investigación o de trabajo final grado, bajo la dirección de los autores y que son producto de la experiencia docente en los cursos de “Especialización en sistemas hidráulicos y neumáticos “en la (ENSB) y del programa de Ingeniería Mecatrónica (IU-ITSA) y de la asignatura de hidráulica y neumática en la Universidad del Atlántico. 11 CAPITULO 1: DISEÑO DE CIRCUITOS ELECTRONEUMÁTICOS/HIDRÁULICOS EN LÓGICA CABLEADA 12 1.1 INTRODUCCIÓN AL DISEÑO DE CIRCUITOS ELECTRONEUMÁTICOS/HIDRÁULICOS EN LÓGICA CABLEADA La lógica cableada es una técnica usada para la elaboración de automatismos electromecánicos, como los usados en controles eléctricos para motores, circuitos electroneumáticos y/o circuitos electrohidráulicos entre otros. Cuando se trata del diseño de circuitos simples, es posible que un método intuitivo, caracterizado por el ensayo y error sea factible, pero al abordar sistemas más complejos se debe recurrir a procedimientos estandarizados que simplifiquen la lógica y reduzcan el tiempo de elaboración. Los circuitos de control eléctrico se basan en el uso de componentes discretos que se unen mediante unos esquemas cableados, accionados por medio de relees con bobinas electromagnéticas que tienen asociados grupos de contactos, entre los equipos más comúnmente usados están los pulsadores, interruptores, finales de carrera mecánicos, sensores inductivos, sensores capacitivos, sensores fotoeléctricos, sensores magnéticos, presostatos, relés electromecánicos, temporizadores con retardo a la conexión (On delay), temporizadores con retardo a la desconexión (Off delay), contadores electromecánicos, válvulas electroneumáticas 3/2-5/2-5/3, válvulas electrohidráulicas 3/2-4/2-4/3 entre otros. Este es el método más difundido para la elaboración de automatismos, por su sencillez y facilidad de ejecución. La aplicación de circuitos eléctricos de mando para gobernar sistemas hidráulicos o neumáticos se usa para reemplazar la intervención humana en tareas se pueden realizar autónomamente mediante la utilización de mecanismos movidos por una fuente de energía eléctrica, permitiendo que estos realicen ciclos completos de operaciones de acuerdo a lo cableado. Todo sistema de automatización electromecánico estará conformado por un circuito de potencia eléctrico, electroneumático o electrohidráulico, encargado de ejercer las fuerzas y el movimiento a las cargas, y ofrece un camino para el flujo de las corrientes de alto voltaje o presiones para que actúen sobre motores o cilindros. Los circuitos de potencia además de circuitos eléctricos comprenden a los circuitos electroneumáticos (mando por aire a presión) y electrohidráulicos (mando por aceite a presión). Por otra parte, estos sistemas de potencia deben seguir las ordenes de un circuito de control eléctrico que por lo general es a más bajo voltaje, en el que se configura una secuencia de activaciones y desactivaciones de relé electromecánicos, combinados en con relé temporizadores y contadores para ejecutar un conjunto de acciones programadas. 13 El elemento básico de un automatismo cableado es el relé electromecánico, este contiene una bobina, un conjunto magnético y contactos auxiliares normalmente abiertos o normalmente cerrados que se utilizan para cablear la lógica que seguirá el automatismo y cuya principal cualidad es su capacidad de auto retenerse por el tiempo necesario hasta que reciba la orden de desconexión. La lógica cableada industrial consiste en el diseño de automatismos con circuitos cableados entre contactos auxiliares de relés electromecánicos, contactares de potencia, relés temporizados, relés de protección, válvulas electrohidráulicas o electroneumáticas y otros componentes. Guzman. P. (2013). Los circuitos cableados se usan en funciones de mando secuencial, control, potencia, protección y señalización. Ordóñez (2020). Una desventaja de los circuitos cableados radica en el hecho de su poca flexibilidad frente a un cambio de funcionamiento posterior, cualquier cambio en las funciones del circuito implica la modificación del cableado. Generalmente se implementa en automatismos pequeños, o en lugares críticos, donde la seguridad de personas y máquinas, no puede depender de la falla de un programa de computación, mas no se recomienda en la actualidad ejecutar grandes proyectos de esta forma. Los automatismos que genera son rígidos, capaces de realizar una serie de tareas en forma secuencial, sin posibilidad de cambiar variables y parámetros en caso de requerir modificaciones en la secuencia será necesario realizar un nuevo diseño y el cableado. La gran ventaja del diseño de automatismos creados bajo lógica cableada, no está en el hecho que sirvan para ser implementados directamente en tableros, interconectando un sinfín de componentes, sino en el hecho de contar con un algoritmo cableado que contiene la lógica que posteriormente puede ser trasladada a lógica programada en Autómatas programable. Lo que sí es vigente y de gran utilidad como metodología de automatización es el diseño simulado del automatismo en lógica cableada y su posterior conversión a lógica programada en el lenguaje Ladder usando los lineamientos de la norma IEC 61131-3 (2013). La Implementación de la lógica cableada en los circuitos eléctricos se basa en la norma IEC 1082-1 (1992) es la encargada de definir los símbolos gráficos y las reglas numéricas o alfanuméricas que se utilizan para identificar los componentes y equipos eléctricos usados en los circuitos mando uy potencia eléctricos. Esta norma es utilizada para estandarizar el proceso de diseño y eliminar el riesgo de confusión, agilizar la puesta en servicio y el mantenimiento de las instalaciones. Telemecanique (1999). Actividad: Buscar en la Web y analizar el siguiente video relacionado con “Aplicación de la electrohidráulica y la electroneumática” http://www.youtube.com/watch?v=mQJelNMqv6o 14 Actividad Buscar en la Web y analizar el siguiente video relacionado con “Electrohidráulica y la electroneumática” http://www.youtube.com/watch?NR=1&v=XXhl4qVQhvc&feature=endscreen 1.2 ESTRUCTURA DE LOS SISTEMAS ELECTRONEUMÁTICOS Y/O ELECTROHIDRÁULICOS Los sistemas electroneumáticos o electrohidráulicos están compuestos de una concatenación de diversos grupos de elementos. Estos grupos de elementos conforman una vía para la transmisión de las señales de mando desde el lado de la emisión de señales (entrada) hasta el lado de la ejecución del trabajo (salida). El objetivo de cualquier sistema electroneumático o electrohidráulico, es el mando de los actuadores (cilindros o motores, etc.) en una secuencia deseada, esto se logra controlando el accionamiento de las electroválvulas. Las electroválvulas son activadas o desactivadas por los relevos del circuito de control eléctrico. Al controlar la activación o desactivación de los relevos en el circuito de control eléctrico, se domina así mismo la activación o desactivación de las bobinas de las electroválvulas que generan los movimientos de entrada o salida de los cilindros. Esto se puede apreciar en las figuras 1 y 2. Figura 1. Estructura de los sistemas electrohidráulicos Circuito de control eléctrico Circuito de potencia electrohidráulico 15 Fuente: Elaboración propia Figura 2. Estructura de los sistemas electroneumáticos Circuito de control eléctrico Circuito de potencia electroneumático 16 Fuente: Elaboración propia Como se puede observar en las figuras 1 y 2, los sistemas electroneumáticos/hidráulicos, se dividen en dos partes, un circuito de control eléctrico que contiene la lógica para la activación de las bobinas de las electroválvulas y un circuito de potencia que proveer a los actuadores de aire o aceite a presión para sus movimientos o tareas de fuerza. Los sistemas de control electroneumático/electrohidráulico son una concatenación de componentes con el fin de gobernar la dirección, la presión o el flujo del aire o aceite a presión, para ello se elaboran circuitos de mando a bajo voltaje (24VDC) para la activación de las bobinas de las electroválvulas en el circuito de potencia, manipulando las bobinas, se accionan las electroválvulas y estas a su vez provocan la salida o entrada de los cilindros. Smith. D. (2015). El componente de enlace entre el circuito eléctrico de mando y el de potencia son las válvulas solenoides las cuales operan eléctricamente al generarse un campo magnético en ellas, desplazan las armaduras internas de la válvula distribuidora y conducen el fluido a un lado u otro del actuador. En la figura 2 se observa que cuando la bobina Y3 de la electroválvula 5/2 monoestable se activa, cambia la posición de conmutación y el aire pasa del puerto 1 al 4, haciendo que el cilindro B se extienda, el cilindro B solo podrá retraerse cuando se desactive la bobina Y3 y quede la electroválvula en su posición de reposo. 17 1.3 DISEÑO DE CIRCUITOS ELECTRONEUMÁTICOS/HIDRÁULICOS EN LÓGICA CABLEADA CON UN SOLO CILINDRO Los circuitos planteados en esta sección, están diseñado para que el lector siga un proceso de aprendizaje secuencial desde lo más sencillo a lo más complejo, enfatizando en circuitos con un solo cilindro como, por ejemplo: accionamiento directo e indirecto de cilindros de simple y doble efecto, circuito Stuart/stop, retorno automático de cilindro, mando de cilindro con temporización entre otros. Todos y cada uno de los circuitos que aparecen en este texto pueden ser simulados haciendo uso del software Fluidísima®, cuyo editor permite programa de simulación y diseño de esquema del circuito neumático, electroneumáticos, hidráulicos y electrohidráulicos. Los circuitos electroneumáticos/hidráulicos están documentados de tal manera que pueden ser fácilmente implementadas en los bancos de prácticas de cualquier fabricante o en un PLC bajo el lenguaje Ladder, para ello, se debe estar previamente familiarizado con los componentes, reconociendo la simbología, funcionamiento y conexión. Sin embargo, cabe destacar que cada uno de los circuitos electroneumáticos/hidráulicos presentados en este capítulo han sido preparados con base a la nomenclatura que ofrecen los componentes de los bancos de prácticas de Festo Didáctica®. Circuito Nº 1. Accionamiento directo de una electroválvula monoestable El circuito eléctrico mostrado en la figura 3 permite conectar el voltaje de 24 VDC de la fuente directamente a la bobina Y1 al cerrar el pulsador S1. A través de un mismo circuito es posible accionar ya sea un cilindro simple efecto gobernado por una válvula 3/2 NC monoestable o un cilindro de doble efecto gobernado por una válvula electroneumática 5/2 monoestable o una válvula electrohidráulica 4/2 monoestables. Figura 3. Accionamiento directo de una electroválvula monoestable Circuito electroneumático o Circuito electrohidráulico Circuito eléctrico Accionamiento directo por impulso permanente 18 Fuente: Elaboración propia Actividad: Observar el video “Circuito electroneumático más sencillo simulado con Fluidsim P ” en el enlace: https://youtu.be/MfCxHb4uEqc Circuito Nº 2. Accionamiento indirecto de una electroválvula monoestable El circuito eléctrico mostrado en la figura 4 permite incorpora un relé intermedio K1 el cual es accionado al pulsar S1, y uno de sus contactos auxiliares (13/14) se cierra para conectar el voltaje de 24 VDC de la fuente a la bobina Y1, de igual forma que en el circuito anterior, el cilindro permanecerá afuera mientras esté pulsado S1. Figura 4. Accionamiento indirecto de una electroválvula monoestable o Circuito electrohidráulico/neumático Cilindro de Doble Efecto Circuito eléctrico Accionamiento indirecto por impulso permanente Fuente: Elaboración propia 19 Circuito Nº 3. Accionamiento por impulso inicial (start/stop) para una electroválvula monoestable En el circuito eléctrico mostrado en la figura 5 se evidencia una de las características más útiles de los relé electromecánicos y es su facultad de auto retenerse o alimentar su bobina usando uno de sus propios contactos auxiliares, es así como al pulsar S1 llega la corriente a la bobina del relé K1 que a su vez inmediatamente cierra el contacto (11-14) creando un segundo camino en paralelo con S1, de tal forma que al abrir S1, la corriente queda pasando por el camino S2-K1(11-14), quedando auto retenido, la forma de desactivar K1 es pulsando S2. Este circuito representa un modelo a seguir, ya que cualquier relé como en este caso K1 debe tener al menos 1 señal de activación (S1), al menos una señal de desactivación (S2) y un contacto de auto retención en paralelo con la señal de activación. Figura 5. Circuito Start/Stop o Circuito electroneumático/hidráulico Cilindro de doble efecto Circuito eléctrico Accionamiento indirecto por impulso inicial (auto retención) Fuente: Elaboración propia Actividad: Observar el “video Start Stop electrohidráulico Fluidsim H” en el enlace https://youtu.be/Hu-2tBWWaTk Actividad: Observar el video FESTO “Controles Programables” en el enlace https://www.youtube.com/watch?v=vjms13MwBZk 20 Circuito Nº 4. Accionamiento directo de cilindro de doble efecto con válvulas 5/2 biestable. En el circuito eléctrico mostrado en la figura 6 sirve para gobernar la electroválvula 5/2 biestable con el uso de dos pulsadores S1 y S2 cada uno equipado con dos contactos uno NO y otro NC de tal manera que al pulsar S1 se activa Y1 haciendo salir el cilindro y al pulsar S2 se activa Y2 haciendo regresar el cilindro. Al ser S1 y S2 pulsadores de conexión/desconexión, cuando se pulsa uno de ellos anula el efecto del otro, impidiendo así una activación simultanea de las bobinas Y1 y Y2 que provocaría un bloqueo de la válvula. La característica de las válvulas 5/2 biestable es que solo requieren la activación de la bobina por un instante para activarse, no requiriendo mantener activa la bobina, es decir que guardan la memoria de la acción encomendada, aunque la señal se presente una sola vez. Figura 6. Accionamiento directo de cilindro de doble efecto con válvulas 5/2 biestable. o Circuito electroneumático o electrohidráulico de potencia Circuito eléctrico Accionamiento directo por impulso permanente Fuente: Elaboración propia Actividad: Observar el video “ Accionamiento directo de una electroválvula 5/2 biestable ” en el enlace: https://youtu.be/-nHmk-T2tRA 21 Circuito Nº 5. Accionamiento indirecto de cilindro de doble efecto con válvulas 5/2 biestable El circuito eléctrico mostrado en la figura 7, sirve para gobernar la electroválvula 5/2 biestable con el uso de dos pulsadores S1 y S2, cada uno equipado con dos contactos uno NO y otro NC de tal manera que al pulsar S1 se activa Y1 haciendo salir el cilindro y al pulsar S2 se activa Y2 haciendo regresar el cilindro. Como cada pulsador cumple la función de conexión/desconexión cuando se pulsa uno de ellos anula el efecto del otro, impidiendo así una activación simultanea de los relés K1 y K2 que gobiernan las bobinas Y1 y Y2, evitando así el bloqueo de la válvula. En este circuito se hace auto retención de K1 y de K2 hasta que se le dé una orden diferente. Actividad: Observar el video “Inversor de giro electrohidráulico” en el enlace: https://www.youtube.com/watch?v=XltpHs3_Kss Actividad: Observar el video FESTO Ciclo único válvula 5/2 BI “Tipos de Esquemas” en el enlace: https://www.youtube.com/watch?v=oKmnonylj7Q Figura 7. Accionamiento indirecto de cilindro de doble efecto con válvulas 5/2 biestable Circuito electroneumático Cilindro de doble efecto Circuito eléctrico Accionamiento indirecto por impulso inicial Fuente: Elaboración propia 22 Circuito Nº 6. Ciclo único de cilindro de doble efecto con electroválvulas monoestable 5/2 (neumática) o 4/2 (hidráulica) Este circuito eléctrico permite que el cilindro realice un ciclo completo (A+/A-) con solo pulsar S2, esto es debido a que incorpora un par de sensores o finales de carrera mecánicos en los extremos del cilindro, que sirven para evidenciar la posición del cilindro. La información acerca de la culminación de los movimientos tanto de entrada como salida de los cilindros es proporcionada por finales de carrera con accionamiento por rodillo (A0 y A1), a los cuales van asociados contactos. Como condición de activación de K1 está el pulsador S2 y el final de carrera A0 que es normalmente abierto pero que se cierra al estar pulsado en la situación inicial, y cuenta con dos posibles señales de desactivación, S1 que es un pulsador normalmente cerrado el cual puede ser accionado por el operador en cualquier momento o el final de carrera A1 (normalmente cerrado) que se abre cuando el cilindro sale completamente. Actividad: Observar el video “Ciclo único válvula 5/2 monoestable” en el enlace: https://www.youtube.com/watch?v=ZIadQgO2S-A Actividad: Observar el video “Circuito electroneumático ciclo único” en el enlace: https://www.youtube.com/watch?v=ZIadQgO2S-A&t=26s Figura 8. Ciclo único de cilindro de doble efecto con electroválvulas monoestable o Circuito electroneumático o electrohidráulico de potencia Circuito eléctrico Accionamiento indirecto por impulso inicial 23 Fuente: Elaboración propia Actividad: Observar el video “circuito electroneumático ciclo único” en el enlace: https://youtu.be/ZIadQgO2S-A Circuito Nº 7. Ciclo único de cilindro de doble efecto con válvulas biestable 5/2 El circuito permite que el cilindro ejecute un ciclo completo (A+/A-) tan sol con pulsar S1, como condición de inicio debe contar con el cierre del contacto NO del final de carrera A0, para asegurar que el cilindro salga sólo si inicialmente esta retraído, el retorno del cilindro es producto de la activación (cierre) del final de carrera A1 que se ubica al extremo del cilindro que activa al relé K2 que a su vez activa Y2, el circuito presenta un doble enclavamiento de K1 en K2 y de K2 en K1, como lo evidencian los contactos NC de K1 y K2, que evitan la activación de ambas bobinas simultáneamente. Actividad: Observar el video “Ciclo único válvula electroneumática 5/2 biestable ” en el enlace: https://youtu.be/r3r3RsP2XpI Figura 9. Ciclo único de cilindro de doble efecto con válvulas biestable 5/2 Circuito electroneumático de potencia Circuito de control eléctrico Fuente: Elaboración propia 24 Circuito Nº 8 Accionamiento de un cilindro de doble efecto con válvula 5/2 o 4/3 (circuito de auto retención) Este circuito permite el mando de un de un cilindro de doble efecto con válvula 5/2 o 4/3 de la siguiente manera, al pulsar S1 se activa el relevo K1, activando la bobina Y1 y el cilindro sale , para hacer que el cilindro regrese se debe pulsar primero el pulsador S3 (Stop), y luego el pulsador S2 para que active el relevo K2, activando la bobina Y2 haciendo que el cilindro regrese. Figura 10. Mando de un cilindro de doble efecto con válvula 5/2 o 4/3 o Circuito electroneumático o electrohidráulico hidráulico de potencia Circuito de control eléctrico Fuente: Elaboración propia 25 Circuito Nº 9. Ciclo único de un cilindro de doble efecto con electroválvula neumática 5/2 biestable o con electroválvula hidráulica 4/3 centro cerrado Este circuito permite la realización de un solo ciclo de funcionamiento del cilindro , (A+/A-), al pulsar S1, activa el relee K1 que a su vez activa la bobina Y1 haciendo que se produzca el movimiento A+, cuando el cilindro sale completamente y toca al final de carrera A1 , se activa el relee K2, cuya función es hacer que el cilindro regrese, desactivando K1 y por ende a Y1, una vez que el cilindro regresó completamente el final de carrera A0 desactiva K2 , dejando el circuito en su estado inicial, listo para comenzar uno nuevo. Figura 11. Ciclo único de un cilindro de doble efecto con electroválvula neumática 5/2 biestable o con electroválvula hidráulica 4/3 centro cerrado Circuito de control eléctrico o Circuito electroneumático o electrohidráulico de potencia Fuente: Elaboración propia Actividad: Observar el video “Circuito eléctrico ciclo único” en el enlace: https://youtu.be/eEGs1mkYBG8 26 Circuito Nº 10. Ciclo continuo de un cilindro de doble efecto con válvula electroneumática 5/2 biestable o electrohidráulica 4/3 centro cerrado Este circuito permite un movimiento alternativo A+/A- indefinido, hasta que se accione la señal de Stop. Se hace necesario para esto que se incorpore al circuito del Ciclo único, el relevo K4 que representa la finalización del ciclo y que a su vez sirve de señal para reiniciar el ciclo. Figura 12. Circuito electroneumático o electrohidráulico de potencia o Fuente: Elaboración propia Figura 13. Ciclo continuo de un cilindro de doble efecto con electroválvula hidráulica 4/3 centro cerrado o 5/2 biestable Fuente: Elaboración propia 27 Actividad: Observar el video “Ciclo continuo válvula electroneumática 5/2 biestable” en el enlace: https://youtu.be/yx1xzCT5lT4 Circuito Nº 11. Ciclo único temporizado de un cilindro de doble efecto con válvula 5/2 o 4/2 monoestable (Método Intuitivo) Este circuito permite que el cilindro salga temporice y regrese (A+ / T1 /A-), se incorpora un temporizador a la conexión que se activa cuando el cilindro va saliendo y toca el final de carrera A1, una vez completado el tiempo , un contacto normalmente cerrado del temporizador T1 ubicado en la primera línea, se abre desactivando K1, haciendo que el cilindro regrese. Figura 14. Ciclo único temporizado de un cilindro de doble efecto con válvula 5/2 o 4/2 monoestable o Circuito electroneumático o electrohidráulico de potencia Circuito de control eléctrico Fuente: Elaboración propia Actividad: Observar el video “Circuito eléctrico ciclo único temporizado ” en el enlace: https://youtu.be/r-hftXveZKo 28 Circuito Nº 12. Ciclo único temporizado de un cilindro de doble efecto con válvula 5/2 o 4/2 monoestable (Método Sistemático) Figura 15. Circuito electroneumático o electrohidráulico de potencia Diagrama Espacio–fase o Circuito electroneumático o electrohidráulico de potencia Fuente: Elaboración propia Figura 16. Ciclo único temporizado de un cilindro de doble efecto con válvula 5/2 o 4/2 monoestable (Método Sistemático) Fuente: Elaboración propia Actividad: Observar el video “ Circuito electroneumático completo con un cilindro con múltiples condiciones de operación ” en el enlace: https://youtu.be/8UsNg5HAqt0 Este método consiste en activar y auto retener un relé cada vez que se presente un evento del ciclo, en este caso se presentan cuatro (4) eventos, correspondientes a: 29 Evento N°1- Se presenta la señal de activación con el pulsador START y el final de carrera A0, activándose y auto reteniéndose el relé K1, que activa la electroválvula Y1, haciendo salir el cilindro con el movimiento (A+). Evento N°2- El cilindro sale y acciona el final de carrera A1, esta es la condición de activación del relé K2 cuya función es la de alimentar el temporizador (TEMP1). Evento N°3- Se cumple la temporización (TEMP1) y este evento es usado para activar el relé (K3) el cual tiene como principal función el de desactivar el relé (K1) para hacer que regrese el cilindro, además el relé (K3) sirve de recordatorio que el cilindro viene regresando. Evento N°4- El ciclo finaliza al retornar el cilindro y activar el final de carrera A0, este evento sirve para activar momentáneamente el relé K4, que se usa para desactivar el relé K3 que estaba auto retenido. Como regla general la desactivación de cada relé se hace en el momento en el que este ya haya cumplido con su función, por ejemplo, el relé K2 tiene la función de alimentar el temporizador, pero al cumplirse la temporización y activar K4 ya no es necesario mantener el relé K3 activo por ello se usa el contacto NC de K4 para desactivar a K3. Otra situación similar se observa entre los relés K3 y K4, donde K3 tiene la función de hacer que el cilindro regrese, y una vez el cilindro regresa accionando A0 se debe desactivar K3 al haber cumplido su misión. Al final del ciclo, todo el sistema debe quedar desactivado como en el punto de partida. Circuito Nº 13. Ciclo único temporizado de un cilindro de doble efecto con válvula electrohidráulica 4/3 centro cerrado Una ligera modificación al circuito Nº12 permite a su vez, hacer lo mismo a un cilindro hidráulico controlado por una electroválvula 4/3 centro cerrado, en este caso el relé K1 que hace avanzara el cilindro A (A+) debe ser desactivado justo al cumplirse la temporización T1, que activa K3 con la acción A-, es decir que debe evitarse en todo momento la activación simultanea de K1(A+) y K3 (A-), lo que representaría una interferencia y bloquearía la válvula. Figura 17. Ciclo único temporizado de un cilindro de doble efecto con válvula electrohidráulica 4/3 centro cerrado 30 Circuito electrohidráulico de potencia Circuito de control eléctrico Fuente: Elaboración propia 31 Circuito Nº 14. Ciclo único temporizado de un cilindro de doble efecto con válvula 5/2 (Uso del temporizador a la desconexión) En este caso se usa un temporizador a la desconexión para programar la desactivación del relé K1.Al pulsar S2 se activa el temporizador T1 y se cierra su contacto asociado T1 que permite la activación y auto retención de K1, K1 permanecerá activo hasta que se abra el contacto NO de T1, el temporizador iniciará el conteo de tiempo al verse desconectado por la apertura de del final de carrera A1. Figura 18. Ciclo único temporizado de un cilindro de doble efecto (temporizador a la desconexión) o Circuito electroneumático o electrohidráulico de potencia Circuito de control eléctrico Fuente: Elaboración propia Actividad: Observar el video “Temporizador a la desconexión Fluid sim P” en el enlace: https://youtu.be/S9vc2pbEL4I Circuito Nº15. Ciclo único (A+/A-) con válvula 5/2 biestable con el uso de sensores. Los finales de carrera del circuito N°9 han sido reemplazados por los sensores capacitivos A0 y A1, con el fin de multiplicar los contactos asociados a cada sensor, cada uno de ellos activa un relé KA0 y KA1 respectivamente, así los contactos del relé serán varios y podrán usarse en diversos lugares del circuito ya sean como contactos NO o como NC. Este procedimiento se realiza debido a la necesidad de usar las señales de los sensores para realizar múltiples acciones, las cuales no podrían ser, si solo se usa el sensor y se recomienda hacer lo mismo cuando se trate de sensores inductivos, magnéticos, fotoeléctricos etc. 32 Figura 19. Ciclo único (A+/A-) con válvula 5/2 biestable con el uso de sensores. Fuente: Elaboración propia Circuito electroneumático de potencia Circuito de control eléctrico Actividad: Observar el video “Ciclo único con válvula 5/2 biestable con el uso de sensores ” en el enlace: https://youtu.be/Q2pi1tKynv4 33 Circuito Nº16. Ciclo único temporizado (A+/TEMP/A-) con válvula 5/2 monoestable con el uso de sensores. Los finales de carrera del circuito N°9 han sido reemplazados por los sensores capacitivos A0 y A1, con el fin de multiplicar los contactos asociados a cada sensor, cada uno de ellos activa un relé KA0 y KA1 respectivamente, así los contactos asociados a cada sensor pueden ser usados en diferentes lugares ya sean como contactos NO o como NC, debido al efecto multiplicador del relé. Figura 20. Ciclo único temporizado (A+/TEMP/A-) con válvula 5/2 monoestable con el uso de sensores Circuito electroneumático de potencia Circuito de control eléctrico Fuente: Elaboración propia Actividad: Observar el video “ Sensores en circuitos electroneumáticos ” en el enlace: https://youtu.be/avw0-wek18k Circuito Nº17. Arranque de cilindros en secuencia manual forzada Secuencia de encendido y apagado independiente. En esta práctica se requiere la activación en secuencia forzada manual de los cilindros A, B y C, en la que solo es posible su activación en este orden. La desactivación o retorno de todos los cilindros podrá darse en cualquier momento con el uso de un pulsador de paro (S0). En el circuito se observa que necesariamente se deben pulsar los pulsadores S2, S4 y S6 con el fin de activar en secuencia las electroválvulas Y1, Y2 y Y3 que activan correspondientemente los cilindros A, B y C en su orden, es decir que no es posible hacer salir el cilindro B sino ha salido el A, cada uno del relé K1, K2 o K3 cuenta con un pulsador de desactivación NC que puede ser 34 abierto para desactivarlos sin seguir ningún orden, siendo respectivamente los pulsadores S1, S2 y S3. Figura 21. Circuito electroneumático Fuente: Elaboración propia Figura 22. Arranque de cilindros en secuencia manual forzada A-B-C y apagado independiente Fuente: Elaboración propia Actividad: Observar el video “ Cilindros en secuencia forzada ” en el enlace: https://youtu.be/Wo8dMuzgZYM 35 Circuito Nº 18. Arranque de cilindros en secuencia manual forzada A-B-C y apagado en el mismo orden A-B-C (FIFO) Tres cilindros deben activarse en secuencia forzada manual A, B y C, siendo este el orden obligatorio. Solo podrán desactivarse en el mismo orden, siendo el primero en activarse , el primero en regresar. El retorno de todos los cilindros podrá darse en cualquier momento con el uso de un pulsador de paro (S0). Figura 23. Secuencia de encendido y apagado (FIFO) Fuente: Elaboración propia Figura 24. Arranque de cilindros en secuencia manual forzada A-B-C y apagado en el mismo orden A-BC (FIFO) Fuente: Elaboración propia Actividad: Observar el video “ Arranque de cilindros en secuencia manual forzada A B C y apagado en el mismo orden A B C FIFO ” en el enlace: https://youtu.be/dnIqs0CJGwc 36 Al igual que en el circuito anterior, el circuito solo permite la activación secuencial forzada de las bobinas Y1, Y2 y Y3 al accionar respectivamente los pulsadores (NO) S2, S4 y S6 y la desactivación o retorno de todas bobinas activas por medio del pulsador (S0). La desactivación del relé sólo es posible iniciarla pulsando S1 que desenergiza el relé K1, una vez desactivado K1 permite solamente desactivar M2, y una vez desactivado K2 permite solamente desactivar K3. Caso propuesto # 1 Arranque de cilindros en secuencia manual forzada A-B-C y apagado en el mismo orden C-A-B (LIFO) Figura 25. Secuencia de encendido y apagado (LIFO) Fuente: Elaboración propia Desarrolle un circuito electroneumático que al igual que en el circuito anterior, permita solo la activación secuencial de las bobinas Y1, Y2 y Y3 a través de los pulsadores de marcha (NO) S2, S4 y S6 respectivamente y permita la desactivación de todas bobinas activas por medio del pulsador (NC) general de paro (S0). La desactivación de los relés sólo sea posible en el orden K3, K2 y K1 a través de la acción de los pulsadores (NC) S5, S3, S1 respectivamente. Circuito Nº 19. Control eléctrico manual o automático para el accionamiento de 2 Cargas (KM1 y KM2) en secuencia forzada Figura 26. Secuencia de encendido y apagado Fuente: Elaboración propia El sistema cuenta con un selector de dos (2) posiciones S1, usado para elegir el tipo de maniobra ya sea MANUAL (S1-abierto) o AUTOMÁTICO (S1-cerrado). 37 El pulsador S2 se usa para energizar la secuencia con la primera salida (KM1), tanto en funcionamiento manual como en funcionamiento automático. El pulsador S3 se usa exclusivamente para energizar la segunda salida (KM2) en funcionamiento manual, ya que en funcionamiento automático es el temporizador quien debe energizar la segunda salida (KM2). El selector S1 no debe energizar ningún contactor o relé, su función solo es seleccionar el tipo de modo de funcionamiento, una vez iniciado cualquiera de los dos modos de funcionamiento (manual-automático), este selector S1 no interferirá o los alterará, esto quiere decir que si se inició la secuencia manual no podrá pasarse al modo automático temporizado con el cierre de S1, y tampoco el caso contrario, si se inició la secuencia temporizada, la apertura del selector S1 no la interrumpirá, en todo caso se contará con un pulsador de desactivación general S0. Figura 27. Circuito electroneumático de dos cilindros Fuente: Elaboración propia Figura 28. Control eléctrico manual o automático para el accionamiento de 2 Cargas (KM1 y KM2) en secuencia forzada 38 Fuente: Elaboración propia 39 Circuito Nº 20. Circuito STAR/STOP con un solo pulsador (flanco ascendente) El circuito mostrado, permite la activación y desactivación de una carga haciendo uso de un solo pulsador (NO), esto puede simplificar tableros de mando industrial al no necesitar los tradicionales pulsadores Start y el de Stop. La carga se activa con el primer flanco ascendente del pulsador S1. Figura 29. Circuito STAR/STOP con un solo pulsador (flanco ascendente) o Circuito electroneumático o electrohidráulico de potencia Circuito de control eléctrico Fuente: Elaboración propia Actividad: Observar el video “ Circuito Star/Stop con un solo pulsador flanco ascendente ” en el enlace: https://youtu.be/6sKP5oHjRWg 40 Circuito Nº 21. Circuito STAR/STOP con un solo pulsador (flanco descendente) El circuito mostrado, permite la activación y desactivación de una carga haciendo uso de un solo pulsador, esto puede simplificar tableros de mando industrial al no necesitar los tradicionales pulsadores Start y el de Stop. La carga se activa con el primer flanco descendente del pulsador S1, y se desactivará con el segundo flanco descendente del pulsador S1. Figura 30. Circuito STAR/STOP con un solo pulsador (flanco descendente) o Circuito electroneumático o electrohidráulico de potencia Circuito de control eléctrico Fuente: Elaboración propia Actividad: Observar el video “ Circuito STAR STOP con un solo pulsador flanco descendente ” en el enlace: https://youtu.be/ZdRmKrl1EjA Circuito Nº 22. Circuito electroneumático con un número de ciclos determinados (contador electromecánico) Esta práctica describe el circuito de control eléctrico para gobernar un cilindro de doble efecto A según el diagrama espacio-fase, de tal manera que al dar la señal de inicio (START), realice solo tres (3) ciclos completos, una vez terminados los tres (3) ciclos, el cilindro debe quedar en su posición de reposo (retraído) y solo se podrá reiniciar, accionando el pulsador de RESET, 41 reseteando el contador (CONT1) y habilitando el sistema para un nuevo inicio con el uso del pulsador de START. Al accionar el pulsador START se auto retiene el relé K1, haciendo que active la electroválvula Y1 permitiendo la salida del cilindro, una vez el cilindro sale completamente y toca el final de carrera A1, activa el relé K2 cuya función es activar la temporización T1 (2s), al cumplirse el tiempo T1, que cumple con dos funciones simultáneamente, desactivar K1 para hacer que regrese el cilindro y activar K3 que servirá como indicación de que está retornando el cilindro, al regresar el cilindro y accionar el final de carrera A0 activa K4, que se usará para desactivar el relé K3 que estaba activo. Este circuito tiene incorporado un contador electromecánico denominado CONT1 que está configurado para activarse a los 3 eventos, la señal de conteo es el contacto del relé K2 ya que en cada ciclo este contacto se cierra una sola vez. Figura 31. Plano de situación y diagrama espacio-fase Fuente: Elaboración propia Figura 32. Circuito electroneumático o electrohidráulico de potencia o Fuente: Elaboración propia 42 Figura 33. Circuito de control eléctrico que satisface los requerimientos Fuente: Elaboración propia Actividad: Observar el video “Primer circuito electroneumático” en el enlace: https://youtu.be/xwhHMuQvzTo Circuito Nº 23. Mando de un cilindro con múltiples condiciones de operación En el caso anterior se desarrolló un circuito en el que el cilindro debía realizar 3 ciclos temporizados, al final de los cuales se detendría, siendo necesario pulsar RESET para iniciar nuevamente la operación, en esta ocasión se elaborará un circuito de control eléctrico para gobernar el cilindro [A] según el diagrama espacio- fase, de tal manera que cumpla con las siguientes especificaciones: 1. Debe permitir la operación en Ciclo Único (CU) o Ciclo Continuo (CC) o Ciclo X 3 (CX3). 43 2. El CC o CX3 deben quedar interrumpido (termina el ciclo actual y se detiene) por la acción de conmutar a CU, es decir el pasador de CU hará las veces de Stop. 3. El dispositivo se explora a través de un detector de pieza, cuando no hay piezas en el depósito, no ha de iniciar un ciclo o ha de pararse la instalación en su posición base, debiendo quedar interrumpido el Ciclo Continuo (CC) o el CX3. 4. En el modo CC o CX3 debe tener una temporización entre cada ciclo 5. Una vez accionado el pulsador de Paro de Emergencia (PE), debe retornar inmediatamente el cilindro a la posición de partida, ninguna otra acción puede darse mientras esté en la situación de emergencia, y al reestablecer el botón de emergencia tampoco debe presentarse ninguna activación en el circuito. 6. En CC o en CX3 el sistema debe asegurar una temporización entre ciclos. 7. Una vez terminado los 3 ciclos del modo CX3, el cilindro debe quedará en su posición de reposo (retraído) y solo se podrá reiniciar, reseteando el contador de circuito y pulsando nuevamente cualquiera de los pulsadores CU, CC o CX3. Figura 34. Croquis de situación- circuito electroneumático/hidráulico - panel de mando o Fuente: Elaboración propia Figura 35. Diagrama espacio-fase 44 Fuente: Elaboración propia Figura 36. Mando de un cilindro con múltiples condiciones de operación 45 Fuente: Elaboración propia Actividad: Revisar el video “circuito electroneumático completo con un cilindro con múltiples condiciones de operación” en el enlace https://youtu.be/8UsNg5HAqt0 Figura 37. Condiciones Ciclo continuo, tres ciclos, paro de emergencia 46 Fuente: Elaboración propia En este circuito se incorporan condiciones adicionales de control, el comportamiento del ciclo en CU es muy similar al del caso anterior, sin embargo en este se hace necesario la creación de un relé K_CC que evidencie que se está en el modo ciclo continuo, como se puede observar el pulsador C_C no solo activa el relé K1 para iniciar el ciclo sino que también activa el relé K_CC, de tal manera que al finalizar el ciclo (K4) y estar activo K_CC es posible iniciar la temporización entre ciclos T2, que al cumplirse el tiempo, es usada para repetir el ciclo indefinidamente, ubicando un contacto NO de T2 en paralelo con los pulsadores de inicio en la primera línea. En el caso del Ciclo X3 también se recurrió a la estrategia de arrancar tanto el ciclo como un relé llamado KCX3, de tal manera que al terminar el ciclo fuera posible no solo activar el temporizador T2 para repetir el ciclo, sino crear la condición para descontar un evento cada vez que se cumpliera un ciclo en el contador. Como se observa en el circuito, solo se descuenta el contador cuando termina un ciclo (K5) y se está en el modo MCX3. una vez se han cumplido los 3 ciclos se activa el Contador [CONT], abriendo el contacto NC de el que está en la primera línea, impidiendo que se repita el ciclo, quedando como única alternativa para seguir trabajando el resetear el contador con el pulsador R. Por su parte el efecto de pulsar el botón de paro de emergencia es el de desactivar la bobina Y1 y activar la bobina Y2 para que el cilindro regrese de inmediato, también se usa un contacto NC de PE para desactivar cualquier modo de trabajo en el que esté ya sea K_CC o KCX3 e impedir que mientras esté pulsado el botón de Emergencia se active algún relé. 47 CAPITULO 2 METODOLOGÍA PASO A PASO DE DISEÑO DE CIRCUITOS ELECTRONEUMÁTICOS Y /O ELECTROHIDRÁULICOS CON VARIOS CILINDROS Básicamente existen dos métodos para diseñar circuitos de control electroneumáticos: el método “intuitivo” o los métodos “sistemáticos”. 48 En el método “intuitivo” se obtiene el circuito solución, disponiendo de mucha experiencia y de amplios conocimientos en automatismos eléctricos, y si el sistema electroneumático es complicado, también de mucho tiempo. Es preferible optar por un método sistemático, que funciona según una metodología basada en reglas que permiten definir claramente el funcionamiento del automatismo, claro está, sin dejar de tener conocimientos teóricos básicos bien fundados. Al desarrollar un circuito de control se persigue siempre el objetivo de crear un mando que funcione fiablemente, desechándose las soluciones baratas. En el presente capítulo se explica la forma de abordar un problema de automatización de circuitos electroneumáticos que involucren más de un cilindro empleando un método sistemático como el denominado paso a paso, Existen otros métodos para el diseño sistemático de circuitos electroneumáticos como el de cascada y el método basado en lógica binodal aplicada al GRAFCET que se desarrollaran en volúmenes posteriores. 2.1. METODOLOGÍA PASO A PASO PARA EL DISEÑO DEL CICLO ÚNICO DE UN CIRCUITO ELECTRONEUMÁTICO CON MÚLTIPLES CILINDROS. Lo primero que debe abordarse en el diseño de un sistema de electroneumático/hidráulico complejo, es la obtención de la solución de su ciclo único. control Para encontrar una solución en lógica cableada de un circuito de control electroneumático/hidráulico es necesario hacer el análisis funcional del trabajo a realizar, conocer el funcionamiento de cada uno de los equipos involucrados en estos circuitos, estar familiarizado con los principios de controles eléctricos y tener una estrategia que guie paso a paso para el diseño de circuitos de control eléctricos, para ello es importante el uso de software de simulación aplicados a sistemas electroneumáticos. A continuación, se describen los pasos necesarios para resolver una secuencia de pasos que involucra circuitos electroneumáticos/hidráulicos, así: 1. Descripción del automatismo: Consiste en especificar el tipo de máquina, y requerimiento de automatización que se quiere implementar, describiendo los modos de funcionamiento y las especificaciones del control, el conjunto de condiciones que debe cumplir el circuito, como por ejemplo Ciclo Único (CU), Ciclo Continuo (CC), Ciclo X3 (CX3), Paro de Emergencia (PE), Pieza, condiciones STOP etc. 2. Croquis de situación= Se debe tener una idea general de la máquina o dispositivo a controlar, realizando un croquis de situación. 3. Tablero de control: Se definen y dibujan los elementos de entrada de señales que harán parte del tablero de control, como son pulsadores, interruptores, etc. 49 4. Circuito electroneumático/hidráulico: Se dibuja el circuito electroneumático/hidráulico en el que se proyectan el número de cilindros que tiene la máquina, los tipos de electroválvulas ya sean electroneumáticas como las 5/2 monoestable, 5/2 biestable o 5/3 centro cerrado, como las electrohidráulicas 4/2 monoestables, 4/3 centro cerrado con doble accionamiento eléctrico, los sensores o finales de carrera y las válvulas reguladoras de caudal que están incorporadas al mando de cada cilindro. 5. Diagrama espacio-fase: La secuencia de movimientos que deben realizar los cilindros, incluyendo las temporizaciones del ciclo de trabajo se deben visualizar con un diagrama espacio-fase. 6. Funciones lógicas: Cada uno de los eventos principales del ciclo, se definen sobre el diagrama espacio-fase, las condiciones de activación de los relés y su acción principal, a esta combinación de señales se le conoce como las funciones lógicas. 7. Circuito de control eléctrico del ciclo único: Se arma el circuito de control eléctrico basado en los lineamientos de las funciones lógicas dibujadas sobre el diagrama espacio - fase. 8. Incorporación de condiciones de control adicionales: Una vez obtenido el circuito de control del ciclo único se debe proceder a incorporar las condiciones adicionales del automatismo, como la condición de Ciclo Continuo, la condición de Ciclo X3, Pieza, Paro de emergencia, etc. 2.1.1. Descripción del automatismo Se aplicará el estudio al caso de una estampadora electroneumática descrita por el Diagrama espacio fase de la figura 41 que cumpla con las siguientes condiciones de funcionamiento. • • • • • • El sistema de control debe permitir la selección entre Ciclo Único (CU), Ciclo Continuo (CC) o Ciclo X3. El CC o CX3 deben quedar interrumpido (termina el ciclo actual y se detiene) por la acción de conmutar a CU (solicitud de parada a fin de Ciclo). El dispositivo se explora a través de un detector de pieza, sin pieza no puede iniciar ningún ciclo y tampoco puede repetirse el ciclo. Cuando se terminan las piezas en el depósito de gravedad y está en CC o Cx3, ha de pararse la instalación en su posición base, debiendo quedar interrumpido el ciclo en el que estaba. Después de haber realizado los (3) tres ciclos de ciclos del CX3 sólo puede iniciarse el funcionamiento en cualquier otro ciclo después de pulsar RESET. Una vez accionado el pulsador de paro de emergencia, deben retornar todos los cilindros a la posición de partida, el sistema debe asegurar que el cilindro A regrese solo cuando el cilindro B haya hecho completamente. Debiendo quedar al final los dos cilindros retraídos en su posición inicial, mientras esté pulsado el botón de 50 • EMERGENCIA (PE) no debe permitir el accionamiento de ninguna bobina. Al desclavar el botón PE, no debe accionarse de ninguna bobina. En CC o en CX3 el sistema debe asegurar una temporización de 3s entre ciclos. 2.1.2. Croquis de la situación Se debe tener una idea general de la máquina o dispositivo a controlar, realizando un CROQUIS DE SITUACIÓN. Figura 38. Croquis de la situación Fuente: Elaboración propia 2.1.3. Tablero de control Se definen y dibujan los elementos de entrada de señales que harán parte del tablero de control, como son pulsadores, interruptores, etc. Figura 39. Tablero de mando Fuente: Elaboración propia 2.1.4. Circuito electroneumático o electrohidráulico Se dibuja el circuito electroneumático en el que se proyectan el número de cilindros que tiene la máquina, los tipos de electroválvulas ya sean electroneumáticas como las 5/2 monoestable, 5/2 biestable o 5/3 centro cerrado, como las electrohidráulicas 4/2 monoestables, 4/3 centro 51 cerrado con doble accionamiento eléctrico, los sensores o finales de carrera y las válvulas reguladoras de caudal que están incorporadas al mando de cada cilindro. Figura 40. Circuitos electroneumáticos o electrohidráulicos o con Fuente: Elaboración propia 2.1.5. Diagrama espacio-fase. La secuencia de movimientos que deben realizar los cilindros, incluyendo las temporizaciones del ciclo de trabajo se deben visualizar con un diagrama espacio-fase. el diagrama espacio-fase refleja la secuencia de movimientos que debe seguir la máquina, que en este caso es [A+/B+/TEMP1/B-/A-/A+/A-] y sobre él se plasmarán la cadena de señales que se requieren para generar esos movimientos. 2.1.6. Funciones lógicas. Cada uno de los eventos principales del ciclo, se definen sobre el diagrama espacio-fase, las condiciones de activación de los relés y su acción principal, a esta combinación de señales se le conoce como las funciones lógicas. Las funciones lógicas representan la base de conocimiento que posteriormente se verán reflejadas literalmente en cada una de las ramas del circuito de control eléctrico, Zhang.H Chang (1996). Más adelante se comprobará que la información obtenida del diagrama espacio fase es crucial para elaborar el circuito eléctrico del ciclo único. 52 Figura 41. Diagrama espacio-fase Fuente: Elaboración propia 2.1.6.1 Descripción de las funciones lógicas. El ciclo de movimientos descrito en la figura 41 es un ejemplo de sistemas secuencial, en el que el estado de las salidas (Ki), no solo dependen del estado de las entradas, sino que también depende del estado en el que se encuentra actualmente. Las funciones lógicas son el conjunto de condiciones que se deben presentar en cada evento (i) para que se active el relevo (Ki). En ellas se observar que para la activación de (Ki) se requiere la activación previa de (Ki-1), así K4 requiere de K3 y K6 necesita de K5 sucesivamente. ✓ Sobre el diagrama espacio-fase se plasmarán la cadena de señales de activación que se requieren para generar las acciones (movimientos). ✓ Llamaremos evento a cada una de las situaciónes en las que se dé una señal de inició, salga un cilindro, regrese un cilindro, finalice una temporización, se cumpla un conteo, etc. ✓ En este caso se presentarran 8 eventos, el 1er evento se presenta al accionar el pulsador de CU, el 2do evento se dá cuando sale el cilindro A por primera vez y toca el final de carrera A1, el 3er evento se presenta al salir el cilindro B y accionar el final de carrera B1, el 4to evento se presenta al cumplirse la temporización TEMP1, el 5to evento resulta al regresar el cilindro B y tocar el sensor B0, el 6to evento ocurre al momento de regresar el cilindro A y tocar el final de carrera A0, el 7mo evento se presenta cuando al salir el cilindro A por segunda vez toca el final de carrera A1 y el 8avo y último evento se presenta, cuando viene regresando el cilindro A por segunda vez y toca el final de carrera A0. 53 ✓ Esta metodología se basa en el hecho de activar un relé (i) cada vez que se presente un evento (i) es así como el 1er evento active el relé K1, el 2do evento active el relé K2 y así sucesivamente. ✓ Cada vez que se activa un relé, este se auto retendrá hasta que se presente la señal de desactivación. ✓ Las condiciones que representan cada evento, como el relé que se activa y la acción a realizar se representan en una matriz de señales denominada FUNCIONES LÓGICAS. ✓ Como se puede observar es importante incluir en la condición de activación del primer evento (K1) el hecho que exista PIEZA y que los cilindros A y B estén en su posición de reposo, evidenciados por los sensores A0 y B0. ✓ Al ser un sistema de control netamente secuencial, la activación de un relé no será el producto del estado de las entradas sino también del estado previo en el que se encuentre, por ello se hace indispensable el uso de los contactos de preparación que existen en los eventos 2,3,5,6,7 y 8 los cuales no se pueden dar si no se ha presentado el evento o el relé justamente anterior, por ejemplo, solo se podrá activar K2 si lo está K1 y solo se podrá activar K3 si lo está K2 y así sucesivamente, etc. ✓ La descripción del flujo de señales se debe observar a luz del diagrama espacio-fase con sus funciones lógicas acopladas. ✓ En las FUNCIONES LÓGICAS no se incluyen las señales de desactivación de cada relé porque en principio no se está muy seguro de cual sea, y además porque puede haber más de una opción que sirva para desactivar cada relé, de todas maneas el mismo desarrollo del circuito demandará la desactivación de los relés correspondientes que generan bloqueo para que se puedan dar los movimientos. ✓ Por regla general las señales de desactivación de cada relé Ki (t) son contactos NC de otros relés activados con posterioridad KJ (t+∆t). ✓ Como puede verse en el circuito de estudio, es frecuente que se desactive un relé cuando ya haya cumplido con su propósito. Por ejemplo, el relé K4 desactiva a K3 esto debido a que el relé K3 tiene como misión alimentar la temporización TEMP1, una vez se cumple la temporización se activa K4 y ya no sería necesario mantener activo K3. Situación similar se presenta entre los relés K4 y K5, debido a que K4 tiene como acción hacer que regrese el cilindro B y K5 se activa justo cuando el cilindro B regresó, es decir que K4 cumplió su misión y puede ser desactivado por K5. 2.1.7. Circuito de control eléctrico del ciclo único ✓ Descripción paso a paso del circuito de control eléctrico • A+) La condición de activación del 1er evento se presenta al existir la señal del sensor PIEZA, junto con las señales de los sensores A0 y B0 indicando que la máquina está en su posición de reposo y al accionar el pulsador de CU, lo cual hace que se active el relé K1, el cual se auto retiene con uno de sus contactos NO y activando a la bobina Y1 para que se inicié el movimiento A+. • B+) El 2do evento se dá cuando vá saliendo el cilindro A por primera vez, evidenciado por un contacto NO de K1 y toca el final de carrera A1, esta representa la condición de 54 activación del relé K2, que debe auto retenerse y hacer que salga el cilindro B, activando con uno de sus contactos NO la bobina Y3. • TEMP1) El inicio de la temporización TEMP1 se dá como resultado de la presencia del 3er evento el cual se presenta al salir el cilindro B y accionar el final de carrera B1, activando el relé K3, que se auto retiene y que tiene como única misión alimentar el temporizador. • B-) El regreso del cilindro B es producto de la activación del relé K4 por efecto de la presencia del 4to evento, representado por el cumplimiento de la temporización TEMP1. • A-) El 5to evento resultado del regreso del cilindro B (K4) y del accionamiento del sensor B0, activa el relé K5 el cual se auto retiene y debe hacer que regrese el cilindro A (A-), para ello debe asegurarse de desactivar el relé que está activando a Y1 y activar a Y2, en este caso K5 desactiva a K1. • A+) La segunda salida del cilindro A es producto del cumplimiento del el 6to evento que ocurre al momento de regresar el cilindro A y tocar el final de carrera A0, condición que activa el relé K6 el se auto retiene y debe asegurar la desactivación de cualquier relé que este activando a la bobina Y2, como en este caso desactiva K6 desactiva a K5 y activa la bobina Y1. • A-) El regreso del cilidro A por segunda vez se presenta al cumplirse la condición del el 7mo evento el cual se presenta cuando al salir el cilindro A por segunda vez y toca el final de carrera A1, lo que genera la activación del relé K7 el cual se auto retiene y debe hacer que regrese el cilindro A (A-), para ello debe asegurarse de desactivar el relé que está activando a Y1 y activar a Y2, en este caso K7 desactiva a K6 y K7 activa a Y2. • Al finalizar el ciclo único se activará un relé llamado FIN_CICLO, en este momento se cumple el 8avo y último evento que se forma cuando viene regresando el cilindro A por segunda vez y toca el final de carrera A0. Este relé se usa para desactivar el relé K7. Se arma el circuito de control eléctrico basado en los lineamientos del paso anterior. 55 Figura 42. Circuito de control eléctrico Fuente: Propia Actividad: en este enlace https://youtu.be/oNHMFWXVHzY se explica la “Metodología de circuito electroneumático CU #1” 2.1.8. Incorporación de condiciones de control adicionales 2.1.8.1. Incorporación de la condición de Ciclo Continuo (CC) al circuito Siguiendo con el control del circuito electroneumático planteado anteriormente se requiere incorporar la condición de ciclo continuo, la cual consiste en dar incicio a la repetición continua del ciclo de trabajo mediada por un temporización entre ciclos, para ello se crea un relé KCC que se activa al pulsar CC, con el fin de recordar que se encuentra en el modo de funcionamiento continuo, los contactos de KCC permite activar la temorización de final de ciclo T2, con la que se repite el ciclo al usar uno de sus contactos en paralelo con el pulsador CU. El ciclo continuo puede ser interrumpido, desactivando KCC, lo que ocacionará que al finalizar el ciclo, este no pueda repetirse. 56 Figura 43. Circuito electroneumático y tablero de mando Fuente: Propia Figura 44. Incorporación de la condición CC al circuito Fuente: Propia Actividad: en este enlace https://youtu.be/h4EtyinHUYU se explica la “Metodología de circuito electroneumático CC #2” 2.1.8.2. Incorporación de la condición de Ciclo x 3 (CX3) al circuito De forma similar a la implementación del CC, una vez activado el pulsador CX3 se iniciará el ciclo y ademas se activará un relé llamado KCX3, que servirá para recordar que está en el modo CX3, tal que al finalizar el ciclo, habilitará tanto la temporizador T2 como el descuento en los ciclos del contador CONT1. Una vez termine el tercer ciclo CONT1 se activará, impidiendo que se repita el ciclo al usar uno de sus contactos NC en la primera linea, en esta situación no será posible inciar ningún ciclo a menos que se resetee el contador con el puldador RESET. Puede verse que se incorporan contactos de enclavamiento entre KCC y KCX3 que impiden estar en ambos modos al tiempo, es importante anotar que la ausencia de pieza también desctivará cualquier modo de funcionamieno en el que esté, la señal de cumplimiento de los 3 57 ciclos emitida por el contador serán usadas para sacar el sistema de cualquier modo en el que esté. Figura 45. Circuito electroneumático con incorporación de la condición CX3 (1) Fuente: Elaboración propia Actividad: en este enlace https://youtu.be/Zr18ir-KFzI se explica la “Metodología de circuito electroneumático CX3 #3” 58 Figura 46. Circuito electroneumático con incorporación de la condición CX3 (2) Fuente: Elaboración propia 2.1.8.3. Incorporación de la condición de paro de Emergencia (PE) al circuito Como especificación final de este proyecto se debe contemplar que al pulsar el botn de Paro de Emergencia (PE), se deberá asegurar como primera medida, el retorno del cilindro B y luego el retorno del cilindro A. Al pulsar el PE pueden presentar tres (3) situaciónes: a) Que solo este afuera el cilindro B : Al pulsar PE y si el cilindro B está afuera se activa el relé K10 el cual tendrá como objetivo hacer que regrese el cilindro B, el relé K10 necesariamente tendrá que desactivar la bobina Y3, desactivando el relé K2. Una vez viene regresando B, evidenciado por K10, toca el sensor B0 y el cilindro A está recogido tocando A0, se activa K11, que sirve para desactivar a K10 b) Que tanto el cilindro B como el cilindro A esten afuera: en este caso el relé K10 mencionado en el caso anterior hace que primero regrese el cilindro B, al suceder esto y estar el cilindro A afuera se activará el relé K12 con la función A- el cual desactivará a Y1 y activará a Y2. c) Que solo el cilindro A esté afuera: en este caso el pulsador PE activará a K14, cuya única labor será deactivar la bobina Y3, desactivando el relé K2. 59 Figura 47. Circuito electroneumático con incorporación de la condición PE (1) FF uente: Elaboración propia 60 Figura 48. Circuito electroneumático con incorporación de la condición PE (2) Fuente: Elaboración propia 61 Este circuito simulado en el software Fluidsim® representa la fase más importante en el proceso de diseño, ya que tiene incorporada toda la lógica secuencial y combinacional necesaria para ser implementada en cualquier autómata programable. Actividad: en este enlace https://youtu.be/n-OvsZigj-g se explica la incorporación de la condición de paro de emergencia al circuito “Metodología de circuito electroneumático PE #4” Actividad: observa el video “Circuito electrohidráulico con 2 cilindros condiciones” en el que se explican las condiciones que debe cumplir el sistema de control, en el enlace https://youtu.be/XMb743PIBZ4 62 CAPITULO 3 APLICACIÓN DE LA METODOLOGÍA SECUENCIAL AL DISEÑO DE CIRCUITOS ELECTRONEUMÁTICOS / HIDRÁULICOS AVANZADOS 63 En este capítulo se abordará el estudio de casos aplicados al control de circuitos electroneumáticos y/o electrohidráulicos avanzados, que fueron el resultado de la búsqueda de soluciones a problemas de ingeniería bajo la modalidad de trabajos de investigación o de grado, dentro de los cursos de la especialización en sistemas hidráulicos y neumáticos “en la (ENSB), del programa de ingeniería mecatrónica (IU-ITSA) y de la asignatura de hidráulica y neumática en la Universidad del Atlántico. Para el diseño de los circuitos de control eléctrico de cada uno de los cinco (5) casos presentados en esta sección se hizo necesaria la aplicación de los lineamientos metodológicos presentados en el capítulo 2, obteniendo de esta forma circuitos en lógica cableada que fueron implementados de manera directa y casi transparente al lenguaje LADDER del PLC. Uno de los objetivo de esta sección es la realización del proceso de diseño de los circuitos de control eléctrico, por medio de simulación con el software Fluidsim®, que cumplan con las especificaciones de funcionamiento de cada caso y que contiene la lógica secuencial y combinacional necesaria para ser implementada en cualquier autómata programable, posteriormente, bastaría tan solo con definir las características, tipos y direcciones asignada a las entradas y salidas del proyecto y seguir un procedimiento estándar para su transformación a un programa en lenguaje Ladder de PLC. Es importante anotar que la implementación de estos circuitos no ha sido pensada para ser hecha de la forma cableada tradicional, mediante la interconexión de múltiples componentes electromecánicos, que daría como resultado un gran tablero de accionamientos, debido a la complejidad del mismo, ya que, desde la aparición de los autómatas programables, la lógica implicada en proyectos complejos ha sido incorporada en ellos. 3.1. - Caso aplicado N°1: piezas Estación electroneumática de perforación de ✓ Descripción del proyecto El proyecto a automatizar consiste en una taladradora de piezas electroneumática, diseñada para que en cada ciclo de operación ejecute los movimientos descritos en el diagrama espaciofase, la parte operativa o hardware está representado por el circuito electroneumático y un tablero de control para el operador. La implementación de este proyecto se hizo necesaria a raíz de la necesidad de disminuir los tiempos de fabricación de piezas metalmecánicas en los astilleros navales, siendo las platinas cuadradas de 10 mm de espesor unas de las más comunes y que en mayor cantidad deben procesarse. 64 ✓ Las especificaciones requeridas para el control electroneumático son: La ubicación de la pieza metálica a procesar, la hará el operario en forma manual, una vez esté asegurada, el operador contará con un pulsador de INICIO normalmente abierto, el cual dará inicio al proceso de taladrado automático, que una vez terminado, se procederá al desmonte manual de la pieza. Los actuadores 1A y 2A controlan el movimiento de la pieza rectangular en el plano horizontal, una secuencia coordinada permitirá la realización de cuatro agujeros en cada una de las esquinas del rectángulo a procesar (marcadas con los números 1, 2, 3 y 4). Y el actuador 3A será el encargado de mover el taladro verticalmente en cada una de las cuatro posiciones. Para efectos del diseño e implementación del proyecto se utilizaron actuadores de doble efecto comandados por electroválvulas 5/2 monoestable, equipados cada uno por un par de finales de carrera y válvulas de estrangulación y anti retorno. Detalles acerca de la secuencia de movimiento pueden encontrarse en el diagrama de espaciofase que se muestra a continuación: Figura 49. Esquema de la situación - Caso aplicado N°1 Fuente: Elaboración propia 65 Figura 50. Diagrama espacio-fase - Caso aplicado N°1 Fuente: Elaboración propia ✓ Circuito de control electroneumático en FluidSim P. Figura 51. Tablero de mando - Caso aplicado N°1 Fuente: Elaboración propia 66 ✓ Circuito Electroneumático Figura 52. Circuito electroneumático correspondiente al caso 1 Fuente: Elaboración propia ✓ Circuito de control eléctrico Este circuito se acoge , lo más posible a las indicaciones dadas en la metodología del capítulo 3, sin embargo en algunos casos se deben incorporar algunas variantes que resultan de un conocimiento más profundo e intuitivo, como lo es la incorporación de los relé complementarios K3_1 y K6_1 los cuales se activan simultáneamente y bajo las mismas condiciones que los relés principales K3 y K6, pero se desactivan en momentos diferentes, esto con el fin de que los relés K3 y K6 ejecuten las acciones de activación de las bobinas Y1 y Y2 respectivamente, mientras que los relé K3_1 y K6_1 sirven sólo como evidencia de la realización de un paso y como preparación para el siguiente. 67 Figura 53. Circuito de control eléctrico correspondiente al caso 1 Fuente: Elaboración propia 68 3.2. - Caso aplicado Nº 2: Estación mecatrónica manipuladora de piezas ✓ Descripción del proyecto Este proyecto fue desarrollado dentro del módulo de “diseño mecatrónico” en el programa de ingeniería mecatrónica dela IU–ITSA, consistió en el diseño de una estación mecatrónica, capaz de manipular las piezas que ingresan a la estación y para efectos de este libro nos concentraremos en la simulación de la lógica de funcionamiento del circuito de control electroneumático que cumpla con las especificaciones definidas en el diagrama espacio-fase, apoyados en el software Fluid SimP®. El objetivo principal fue el desarrollo de una estación MPS (Modular Production System), las cuales son equipos de didácticos para la enseñanza de la automatización que permiten su fácil programación, siendo equipos compactos, que recrean los procesos más comunes de fabricación o ensamble de piezas, que incluyen el conexionado de entradas y salidas a un Autómata programable PLC. Son equipamientos de especial relevancia para la formación realista en mecatrónica, automatización y sistemas de manipulación. Actualmente, empresas líderes en automatización como FESTO, BOSH, AMATROL ofrecen estaciones mecatrónicas MPS de última tecnología, algunas de las cuales se reseñan a continuación y sirvieron como referentes de punta para este proyecto, entre ellas están : la estación de clasificación “Last buy not least” de la marca ® FESTO clasifica las piezas, entregándolas a tres planos inclinados; la estación ® Amatrol de 87-MS2, realiza un número de inspecciones en el proceso de ensamble de una válvula de control direccional y la estación Bosch Rexroth AG denominada “Sistema mecatrónico modular MMS estación almacén”. ✓ Funcionamiento El operador ubicará manualmente la pieza en frente al cilindro A (Alimentación), al pulsar el botón “START” el cilindro A (sale), dejando la pieza sujetada, enviando la señal A1 para que el cilindro B (Estampado) realice el proceso de estampación en la pieza durante el tiempo de 3s (TEMP1), al cabo de los cuales se retrae, haciendo que el cilindro A que hasta ese momento permanecía extendido , retorne a su posición inicial, una vez la pieza está liberada, el cilindro C (Transferencia ) sale y regresa inmediatamente, dejando la pieza sobre la plataforma de elevación. Una vez el cilindro D (Elevador) sube la pieza hasta estar completamente extendido, el sensor (D1) para enviar la señal al cilindro E (Expulsión) para enviar la pieza a un almacén y hacer que regresen los cilindros D y E en su orden, quedando la estación lista para procesar una nieva pieza. Como se indica en el Diagrama Espacio Fase. ✓ Aclaraciones de funcionamiento complementarias • • Se contará con un solo tipo de pieza cuadrada, la cual será ubicada justo en frente del cilindro (A), antes de que se accione el pulsador de START. A partir del momento que inicia el proceso, el sistema ejecutará de manera autónoma el ciclo descrito en el “diagrama espacio-fase”, terminando el sistema justo donde empezó. 69 Figura 54. Diagrama espacio-fase - Caso aplicado N°2 Fuente: Elaboración propia Figura 55. Modelado 3D en un Software CAD Fuente: Elaboración propia 70 ✓ Circuito Electroneumático Figura 56. Circuito electroneumático del caso N°2 Fuente: Elaboración propia ✓ Circuito de control electroneumático Figura 57. Proceso N° 1 stampado Fuente: Elaboración propia 71 Figura 58. Proceso N° 2 transporte + 2 4 v Fuente: Elaboración propia Figura 59. Proceso N° 3 elevación Fuente: Elaboración propia 72 3.3. - Caso aplicado Nº 3: Elevador de carga electromecánico ✓ Descripción del proyecto Figura 60. Diagrama esquemático del elevador de carga Fuente: Elaboración propia 73 El elevador de carga de cuatro (4) cual consta de los siguientes componentes: • • • • • • • Un cilindro hidráulico de carga, encargado de subir y bajar la plataforma de carga, gobernado por una electroválvula 4/3, con doble accionamiento eléctrico y centrado por resortes. Este representa un símil de un motor eléctrico con inversor de giro, que es el mecanismo utilizado en el proyecto. Un cilindro de doble efecto encargado de abrir y cerrar la puerta de acceso, gobernado por una electroválvula monoestable. Pulsadores de llamada a Piso (P1, P2, P3 Y P4), los cuales se encuentran en el exterior de cada una de las puertas. Finales de carrera en cada piso (S1, S2, S3 y S4), los cuales se encuentran situados en cada una de las plantas y se encargan de detectar la posición del elevador. Finales de carrera en el cilindro PUERTA (A0 y A1), los cuales se encuentran situados en los extremos del cilindro y se encargan de detectar la posición de la puerta. Pulsador (PUERTA) ubicado en cada piso, importante para activar un ciclo de apertura temporizada del cilindro PUERTA que permita el ingreso de la carga. Esto es importante para el caso en el que tanto el operador como el elevador están en el mismo piso. Esta condición de funcionamiento se debe verificar en cada piso. Existe en el equipo un interruptor (OBST) que se usará para adicionar o quitar la presencia de un obstáculo. Para efectos del diseño del circuito eléctrico, se han definido las posibles trayectorias correspondientes a cada una de las salidas, como se muestra a continuación: Trayectorias de subida ▪ Subir 1-2: Es la salida que se obtiene cuando el elevador se encuentra en el piso 1 y se da la orden de marcha (P2) hacia el piso 2. ▪ Subir 1-3: Es la salida que se obtiene cuando el elevador se encuentra en el piso 1 y se da la orden de marcha (P3) hacia el piso 3. ▪ Subir 1-4: Es la salida que se obtiene cuando el elevador se encuentra en el piso 1 y se da la orden de marcha (P4) hacia el piso 4. ▪ Subir 2-3: Es la salida que se obtiene cuando el elevador se encuentra en el piso 2 y se da la orden de marcha (P3) hacia el piso 3. ▪ Subir 2-4: Es la salida que se obtiene cuando el elevador se encuentra en el piso 2 y se da la orden de marcha (P4) hacia el piso 4. ▪ Subir 3-4: Es la salida que se obtiene cuando el elevador se encuentra en el piso 3 y se da la orden de marcha (P4) hacia el piso 4. Trayectorias de bajada ▪ Bajar 4-1: Es la salida que se obtiene cuando el elevador se encuentra en el piso 4 y se da la orden de marcha (P1) hacia el piso 1. ▪ Bajar 4-2: Es la salida que se obtiene cuando el elevador se encuentra en el piso 4 y se da la orden de marcha (P2) hacia el piso 2. ▪ Bajar 4-3: Es la salida que se obtiene cuando el elevador se encuentra en el piso 4 y se da la orden de marcha (P3) hacia el piso 3. ▪ Bajar 3-2: Es la salida que se obtiene cuando el elevador se encuentra en el piso 3 y se da la orden de marcha (P2) hacia el piso 2. 74 ▪ ▪ Bajar 3-1: Es la salida que se obtiene cuando el elevador se encuentra en el piso 3 y se da la orden de marcha (P1) hacia el piso 1. Bajar 2-1: Es la salida que se obtiene cuando el elevador se encuentra en el piso 2 y se da la orden de marcha (P1) hacia el piso 1. ✓ Ciclo de trabajo Una vez se active el pulsador de llamada de algún piso, la plataforma debe acudir al piso requerido, la plataforma activará el final de carrera del piso al que fue llamado y se abre la puerta durante 10 s para permitir que ingrese la carga, después de este tiempo se cierra la puerta, y el elevador se encontrará preparado para ejecutar una nueva orden de envío de la carga a otro piso. • • • • El automatismo de control debe garantizar: El cumplimiento de las 12 trayectorias posibles de subir o bajar Que cada vez que termina cada una de las 12 trayectorias de subir o bajar se debe activar un ciclo de apertura temporizada. Que si durante el movimiento de cerrado de puerta se presenta un obstáculo (OBST), el cilindro puerta debe retroceder inmediatamente para abrir la puerta hasta que desaparezca la condición de obstáculo. Que si se pulsa el Paro de Emergencia (PE), este hará que se suspenda cualquier orden de subir o bajar, y el elevador buscará ubicarse en el primer piso con la puerta abierta. ✓ Circuito de control eléctrico Figura 61. Circuito electrohidráulico del elevador de carga Fuente: Elaboración propia 75 Figura 62. Trayectorias de subida Fuente: Elaboración propia Figura 63. Trayectorias de bajada 76 Fuente: Elaboración propia Figura 64. Señal fin ciclos (subir y bajar) Fuente: Elaboración propia 77 Figura 65. Activación de puerta y ciclo de puerta Fuente: Elaboración propia Fuente: Elaboración propia Figura 66. Obstáculo Fuente: Elaboración propia 3.4. - Caso aplicado Nº 4: Cortadora de tubos electroneumática Descripción del proyecto 78 El proyecto parte de la necesidad de ofrecer alternativas de automatización a las operaciones de corte de barras y tuberías en los talleres metalmecánicos o astilleros navales, debido a que la operación muy común y permite liberar a los operarios de dicha labor, ganando productividad, precisión de la operación y seguridad para el personal. El proyecto a automatizar consiste en una cortadora de tubos electroneumática, diseñada para que en cada ciclo de operación ejecute los movimientos descritos en el diagrama espacio-fase, la parte operativa o hardware está representado por el circuito electroneumático y un tablero de control para el operador. El proyecto se desarrolló con el fin de elaborar módulo didáctico cortador de tubo electroneumático para el laboratorio de neumática de la ENSB. El prototipo elaborado permite realizar cortes de tubería PVC de ½” en modo ciclo a ciclo o en modo automático, con longitud de 10 cm. Figura 67. Modelado mecánico en 3D del ensamble de la cortadora electroneumática Fuente: Elaboración propia Las especificaciones requeridas para el control electroneumático son: A partir de la descripción del proyecto y de las especificaciones de control se procede al modelado del circuito de control eléctrico. • • • Se podrá elegir entre funcionamiento ciclo a ciclo y automático, en funcionamiento CaC (Ciclo a ciclo) solo se desarrolla el corte de una sola sección de tubería, en funcionamiento automático, el proceso de corte será continuo, un tiempo entre cada ciclo. Antes de iniciar cualquier modo (CaC o Automático) debe ser seleccionado primero con el selector de modo y luego se inicia el proceso con el pulsador de inicio (INICIO). Se debe contar con un pulsador para solicitud de paradas normales, (pulsador de STOP), en caso de estar funcionando en modo automático, el proceso debe detenerse al final del ciclo en su posición inicial. Figura 68. Diagrama espacio-fase del caso 4 79 Fuente: Elaboración propia Circuito de control electroneumático en Fluid SimP ® Figura 69. Circuito electroneumático del caso 4 Fuente: Elaboración propia 80 ✓ Circuito de control eléctrico Figura 70. Circuito de control electroneumático del caso 4 – (1) Fuente: Elaboración propia Figura 71. Circuito de control electroneumático del caso 4 – (2) Fuente: Elaboración propia 81 Figura 72. Circuito de control electroneumático del caso 4 - (3) Fuente: Elaboración propia Figura 73. Circuito de control electroneumático del caso 4 - (4) Fuente: Elaboración propia 82 3.5. - Caso aplicado Nº 5: Lavadora industrial electromecánica Descripción del proyecto Este proyecto de automatización se llevó a cabo dentro del marco un trabajo de investigación en la especialización en sistemas hidráulicos y neumáticos de la ENSB como respuesta a la necesidad de contar con sistemas electromecánicos permitan una eficiente compresión de las tecnologías de automatización y que ya estén integrados formando un equipo que pueda ser rápidamente controlado con un autómata programable, esto como resultado de la dificultad de contar con equipos reales de procesos en un aula de clase, por sus costos y grandes tamaños. El proyecto consiste en el diseño de la automatización e implementación física de una lavadora industria electromecánica para lavado en seco con el objetivo de ser un equipo didáctico completamente ensamblado que esté siempre listo para ser programado con cualquier tipo de autómata programable, ya que contará con los puntos de conexión de entradas y salidas al PLC, solo siendo necesario la alimentación con una fuente de voltaje de 24 VDC. El uso de réplicas de equipos electromecánicos similares a los encontrados en las aplicaciones industriales o navales, dentro de un laboratorio de clases, potencia el aprendizaje de los conocimientos y el desarrollo de las competencias en el uso de las tecnologías que lo forman, porque, el interactuar con ellos le da sentido al estudio y enfoca más la atención en los objetivos propuestos. Las especificaciones requeridas para el ciclo de funcionamiento • • • • • • • • • • Para iniciar el ciclo hay un pulsador de puesta en marcha. (START) Al inicio del ciclo se llenará de agua el tambor a través de la electroválvula (V agua) hasta que se active el detector de Nivel 2. Cuando el tambor este vacío se activará el detector de Nivel 1. El lavado constará de 5 ciclos. En cada ciclo el motor girará 3 segundos en sentido horario (M der) y 3 segundos más en sentido anti horario (M izq.), dejando una pausa de 1 segundo en cada cambio de sentido. Después del lavado se vaciará el agua del tambor, mediante la bomba, hasta que se active el detector de Nivel 1. Mientras funcione la bomba, el tambor girará (M der). Después del lavado, habrá 2 enjuagados. Cada enjuagado comenzará llenando de agua el tambor a través de la electroválvula (V agua) hasta que se active el detector de Nivel 2. Un enjuagado constará de 3 ciclos. En cada ciclo el motor girará 3 segundos en cada sentido, dejando una pausa de 1 segundo en cada cambio de sentido (igual como en el lavado). Después de cada enjuagado se vaciará el agua del tambor, mediante la bomba, hasta que se desactive el detector de nivel. Mientras funcione la bomba, el tambor girará (M der). 83 • • Una vez terminé el último enjuagado y se vacié el tanque por última vez, se centrifugará (M centri) durante 3s. Durante el centrifugado ha de funcionar también la bomba de vaciado. Si se pulsa el botón (STOP) en cualquier momento del ciclo, se debe interrumpir el ciclo, y desactivar los motores además de proceder a vaciar el tanque de agua accionando la bomba de vaciado, al finalizar el vaciado, todas las salidas deben estar desactivadas, quedando el sistema en su posición inicial. Figura 74. Esquema situación de caso N°5 Fuente: Elaboración propia 84 Circuito de control electroneumático en Fluid SimP Figura 75. Circuito esquemático electroneumático del caso N°5 Fuente: Elaboración propia Circuito de control eléctrico Figura 76. Circuito llenado para lavado 85 Fuente: Elaboración propia Figura 77. Circuitos ciclos de lavado 86 Fuente: Elaboración propia Figura 78. Circuito vaciado de lavado 87 Fuente: Elaboración propia Figura 79. Circuito llenado primer enjuague Fuente: Elaboración propia Figura 80. Circuito ciclos de primer enjuague 88 Fuente: Elaboración propia 89 Figura 81. Circuito vaciado primer enjuague Fuente: Elaboración propia Figura 82. Circuito llenado segundo enjuague 90 Fuente: Elaboración propia Figura 83. Circuitos ciclos de segundo enjuague Fuente: Elaboración propia 91 Figura 84. Circuito vaciado segundo enjuague Fuente: Elaboración propia Figura 85. Circuito accionamiento de motores 92 Fuente: Elaboración propia Figura 86. Circuito de salida - subir nivel Fuente: Elaboración propia 93 Figura 87. Circuito de salida - bajar nivel Fuente: Elaboración propia Figura 88. Circuito de stop 94 Fuente: Elaboración propia 95 ANEXO 1: MONTAJE DE PRÁCTICAS EN BANCO DE CIRCUITOS ELECTRONEUMÁTICOS Y/O ELECTROHIDRÁULICOS Se presentan tres (3) circuitos electroneumáticos con dos (2) cilindros que son usados para el montaje de lógica cableada en bancos de pruebas. 96 Práctica Nª 1 en banco electroneumático: Mando electroneumático de dos cilindros (A+B+A-B-) con válvulas monoestable para el cilindro (A) y biestable para el cilindro (B) Planteamiento de la situación: Gobernar los cilindros A y B según el diagrama espacio–fase y el circuito electroneumático. Actividad Monte en el banco de pruebas electroneumático/hidráulico según los esquemas siguientes: Figura 89. Plano de situación - Diagrama espacio-fase -Circuito electroneumático practica 1 Fuente: Elaboración propia Fuente: Elaboración propia Fuente: Elaboración propia Figura 90. Circuito de control eléctrico practica 1 Fuente: Propia Actividad: Observar el video “PRÁCTICAS EN BANCO ELECTRONEUMÁTICO CON 2 CILINDROS ” en el enlace: https://youtu.be/C-FOWSVr6nA 97 Práctica Nª 2 en banco electroneumático: Mando electroneumático de dos cilindros (A+B+A-B-) con válvulas biestable para ambos cilindros ✓ Planteamiento de la situación Gobernar los cilindros A y B según el diagrama espacio–fase y el circuito electroneumático. Actividad Monte en el banco de pruebas electroneumático/hidráulico según los esquemas siguientes: Figura 91. Plano de situación - Diagrama espacio-fase -Circuito electroneumático practica 2 Fuente: Elaboración propia propia Fuente: Elaboración propia Fuente: Elaboración Figura 92. Circuito de control eléctrico practica 2 Fuente: Propia 98 Práctica Nª 3 en banco electroneumático: Mando electroneumático de dos cilindros (A+B+A-B-) con válvula biestable para el cilindro (A) y monoestable para el cilindro (B) Planteamiento de la situación Gobernar los cilindros A y B según el diagrama espacio–fase y el circuito electroneumático. Actividad Monte en el banco de pruebas electroneumático/hidráulico según los esquemas siguientes: Figura 93. Plano de situación - Diagrama espacio-fase -Circuito electroneumático practica 2 Fuente: Plano de situación práctica 3 práctica 3 Fuente: Diagrama espacio-fase práctica 3 Fuente: Circuito electroneumático Figura 94. Circuito de control eléctrico práctica Fuente: Propia 99 ANEXO II CASOS DE SIMULACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRONEUMÁTICOS Y/O ELECTROHIDRÁULICOS 100 En esta sección se proponen distintos circuitos electroneumáticos que pueden ser simulados en el software Fluid Sim P o Fluid Sim H. Práctica A: Simulación del mando electroneumático de dos cilindros (A+/B+/TEMP/A-/B-) Planteamiento de la situación Gobernar los cilindros A y B según el diagrama espacio-fase y el circuito electroneumático mostrado. De tal forma que al pulsar el botón (START) se realicen tres (3) ciclos completos con una temporización entre ciclos, al finalizar el tercer ciclo el sistema debe detenerse en su posición inicial y esperar la señal de (RESET) para poder iniciar nuevamente la operación. Figura 95. Descripción de la situación - Prensa Fuente: Elaboración propia Figura 96. Diagrama Espacio-Fase Fuente: Elaboración propia 101 Figura 97. Circuito electroneumático y tablero de mando Fuente: Elaboración propia Fuente: Elaboración propia Actividad: Desarrolle el proyecto con el uso del software Fluid Sim P. Figura 98. Circuito de control eléctrico Fuente: Elaboración propia Actividad: Observar el video “Circuito electroneumático Fluidsim practica n° 17 parte 1” https://www.youtube.com/watch?v=MCQvW6mtmQE Actividad: Observar el video “Circuito electroneumático Fluidsim practica n° 17 parte 2” https://www.youtube.com/watch?v=ms9TIowk7wY Actividad: Desarrolle el circuito de control electrohidráulico o electroneumático que cumpla con las mismas especificaciones del Anexo II, haciendo uso del software Fluid Sim P o Fluid Sim H. 102 Tabla 1. Casos electroneumáticos o electrohidráulicos N º DIAGRAMA ESPACIO/FASE CIRCUITO ELECTRONEUMÁTICO/HIDRÁULICO 1 O 2 O 3 O 4 O 5 O 103 6 O 7 O 8 O 9 O 10 O 104 11 O 12 O 13 O 14 O 15 O Fuente: Elaboración propia 105 Práctica B: Circuito de condiciones de operación control electroneumático con múltiples A cada uno de los diagramas espacio-fase, diseñarle el circuito eléctrico de control basado en la metodología explicada en el capítulo 3 y que cumpla con las mismas especificaciones (condiciones de control), la misma parte operativa (válvulas) y el mismo tablero de mando. ✓ Especificaciones del control El sistema de control debe permitir la selección entre Ciclo Único (CU), Ciclo Continuo (CC) o Ciclo X3. • El CC o CX3 deben quedar interrumpido (termina el ciclo actual y se detiene) por la acción de conmutar a CU (solicitud de parada a fin de ciclo). • El dispositivo se explora a través de un detector de pieza, sin pieza no puede iniciar ningún ciclo y tampoco puede repetirse el ciclo. • Cuando se terminan las piezas en el depósito de gravedad y está en CC o Cx3, ha de pararse la instalación en su posición base, debiendo quedar interrumpido el ciclo en el que estaba. • Después de haber realizado los (3) tres ciclos de ciclos del CX3 sólo puede iniciarse el funcionamiento en cualquier otro ciclo después de pulsar RESET. • Una vez accionado el pulsador de Paro de Emergencia, deben retornar todos los cilindros a la posición de partida, el sistema debe asegurar que el cilindro A regrese solo cuando el cilindro B haya hecho completamente. Debiendo quedar al final los dos cilindros retraídos en su posición inicial. Mientras esté pulsado el botón de EMERGENCIA (PE) no debe permitir el accionamiento de ninguna bobina. Al desclavar el botón PE, no debe accionarse de ninguna bobina. • En CC o en CX3 el sistema debe asegurar una temporización de 3s entre ciclos. Figura 99. Circuito electroneumático y circuito electrohidráulico o con 106 Tabla 2. Diagramas espacio-fase 1 13 2 14 3 15 4 16 5 17 6 18 107 7 19 8 20 9 21 1 0 22 1 1 23 1 2 24 108 BIBLIOGRAFÍA Mutyam, N., Saikumar, T.S., & Soppari, B. (2020). Design of Sequential ElectroPneumatic System. DOI: 10.1007/978-3-030-24314-2_72. Kumar, Ravi & Del Rosario, Jay Robert. (2014). Design and Simulation of Electro-Pneumatic Motion Sequence Control Using FluidSim. Applied Mechanics and Materials. 446-447. 1146-1150. 10.4028/www.scientific.net/AMM.446-447.1146. Murthy, S.B., Pothula, N., Rao, D.S., & Ranga, N. (2021). Development of PLC based Sequential Pneumatic Punching System. 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