Download 3. diseño de automatismos

Dpto. de Ingeniería de Sistemas y Automá7ca INDICE  
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1.
La
automa*zación
y
el
control
industrial 2.
Sistemas
básicos
de
control 3.
Diseño
de
automa*smos 4.
El
autómata
programable 5.
Sensores 6.
Actuadores 7.
Regulación
y
control
industrial 3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS ¿Qué pasos se dan para la automa7zación? ¿cómo se representan los sistemas automa7cos? ¿cómo se realizan lo cálculos? ¿Qué tecnologías se emplean? 3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS AUTOMATISMOS COMBINACIONALES Y SECUENCIALES Un sistema combinacional
es aquel cuyas salidas dependen únicamente del estado de sus entradas, con total independencia de cuál sea el estado inicial de par7da. Entradas XA XB CIRCUITO COMBINACIONAL ZA Salidas ZB La función o funciones de transferencia del sistema son simplemente funciones lógicas que relacionan las salidas con las entradas mediante combinación de los operadores «Y», «O» y «NO». 3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS AUTOMATISMOS COMBINACIONALES Y SECUENCIALES Un sistema secuencial
es aquel cuyas salidas dependen
de las variables de entrada y del propio estado
inicial
del sistema
Entradas ZA CIRCUITO COMBINACIONAL ELEMENTOS DE MEMORIA ZB Salidas 3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS AUTOMATISMOS COMBINACIONALES Y SECUENCIALES Desde un punto de vista estructural, los sistemas secuenciales están formados por interconexión de bloques combinacionales, pero aparece en ellos un elemento nuevo, una variable interna que se introduce nuevamente como entrada. Este 7po de variables internas hace que la respuesta del sistema ya no dependa exclusivamente de las entradas, sino que dependa también del estado interno, por lo cual se suelen llamar variables
de
estado.
Desde el punto de vista del modelo matemá7co, la función o funciones de transferencia de un sistema secuencial siguen siendo funciones lógicas, pero Entradas Salidas Z
Z
A
B
con7enen variables internas que CIRCUITO guardan
«memoria»
del estado del COMBINACIONAL sistema o, si se quiere, de su evolución anterior. Las salidas y las entradas están ELEMENTOS DE MEMORIA relacionadas por los operadores
«Y»,
«O»,
«NO»
y
«MEMORIA».
De hecho, los nombres de los operadores para la función memoria suelen llamarse SET (memorizar un 1) y
RESET
(memorizar un O). 3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS AUTOMATISMOS COMBINACIONALES Y SECUENCIALES COMBINACIONALES SECUENCIALES El estado de la salida puede determinarse conociendo el e s t a d o d e l o s t r e s interruptores. En este sistema el conocimiento de que los dos pulsadores estén en reposo no es suficiente para determinar si el motor está girando o no. Otro ejemplo: Un ascensor en el que se consideren como entradas todos los pulsadores y sensores del mismo y como salida el accionamiento del motor (el cual puede girar en los dos sen7dos). El conocimiento que se tenga en un instante determinado de las entradas, no es suficiente para determinar la acción del motor, es necesario además disponer de la información de la posición de la cabina (estado en que se encuentra el sistema). 3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS REPRESENTACION DE LOS AUTOMATISMOS Un sistema automa7zado comprende un determinado número de disposi7vos conectados entre sí y que realizan una serie de funciones más o menos complejas. Estas funciones se representan gráfica y simbólicamente de diferentes formas dependiendo de la tecnología empleada en su implementación. En este tema se verán diferentes formas de representar los esquemas de automa7zación dejando para temas posteriores la representación simbólica nemotécnica propia de los autómatas programables. 3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS REPRESENTACION DE LOS AUTOMATISMOS Las funciones que realizan los sistemas de automa7zación y control son funciones algebraicas estudiadas ya por los an7guos babilonios (hasta el 500 a.C.), desarrolladas en Grecia como lógica proposicional (aprox. 300 a.C.) y adaptadas en el siglo XIX por el matemá7co ingles George Boole (Lógica Booleana). AND 0 0 1 1 NOT 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 OR 0 0 1 1 NAND 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 XOR 0 1 1 1 NOR 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS LOGICA DE CONTACTOS Denominamos contactos a los elementos de automa7zación como relés, contactores, interruptores y pulsadores Este sistema de representación se sigue empleando en los sistemas cableados e incluso se ha incorporado en muchos sistemas electrónicos y programables. NORMAS CEI: Comisión Electrotécnica Internacional o Interna7onal Electrotechnical Comission (IEC) NORMAS NEMA: Na7onal Electrical Manufacturers Associa7on (NEMA) NORMAS DIN: Deutsches Ins7tut für Normung 3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS LOGICA DE CONTACTOS Entradas Pulsadores, interruptores, captadores tales como finales de carrera, detectores de proximidad, etc. Son los disposi7vos csicos mediante los cuales el automa7smo realiza la observación de las variables de entrada. Las variables de entrada pueden ser clasificadas como : •  Variables de entrada directa •  Variables de entrada inversa La variable de entrada directa, da un "1" lógico cuando es ac7vada. La variable de entrada inversa, da un "0" lógico cuando es ac7vada. Se representará pues como una variable negada. Salidas Los elementos de salida se asocian a las variables de salida de las funciones lógicas. Casi siempre vendrán implementadas csicamente por el circuito de mando de un relé o de un contactor . 3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS 3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS LOGICA DE CONTACTOS 3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS FUNCION LÓGICA OR Equivale a la conexión en PARALELO de diversos elementos de entrada. OR 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS FUNCION LÓGICA AND Equivale a la conexión en SERIE de diversos elementos de entrada. AND 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS COMBINACIONES Evidentemente, las funciones OR y AND (paralelo y serie) admiten todas sus posibles combinaciones para formar funciones lógicas más complejas. 3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS FUNCION NOT También denominada negación, inversión o complemento. FUNCION NAND NAND Combinación de una AND y un NOT 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS FUNCION NOR Combinación de una OR y un NOT NOR 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 FUNCION XOR Función OR exclusiva XOR 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS DISTINTAS TECNOLOGÍAS DE IMPLEMENTACIÓN TECNOLOGÍA ELÉCTRICA Sencillez de los sistemas de mando Muy extendida, experiencia en el sector Complejidad del cableado y el mantenimiento TECNOLOGÍA NEUMÁTICA Sencillez de los sistemas de mando Rapidez de respuesta del sistema neumá7co Economía de los sistemas neumá7cos una vez instalados Instalaciones caras en general mantenimiento costoso del circuito de aire TECNOLOGÍA HIDRAULICA Puede desarrollar grandes fuerzas Sencillez de operación Instalaciones muy caras en general Suciedad y ver7dos en las instalaciones Velocidad de respuesta muy lenta 3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS IMPLEMENTACION DE AUTOMATISMOS ELECTRICOS En general, para la implementación de un automa7smo eléctrico se deben tener en cuenta las siguientes normas : •  La salida de cada ecuación se implementará con un contactor o relé •  Las entradas de la ecuación se realizan con contactos ( interruptores, pulsadores o contactos auxiliares de los contactores) •  Cuando en una ecuación aparece como entrada una salida, dicha entrada se realiza con un contacto auxiliar del contactor que implementa dicha ecuación •  Las mul7plicaciones de variables en una ecuación equivalen a poner en serie los elementos que representan dichas variables •  Las sumas de variables en una ecuación equivalen a poner en paralelo los elementos que componen dicha suma •  Las negaciones de variables en una ecuación equivalen al empleo de elementos ( pulsadores o contactos ) normalmente cerrados •  En ocasiones, será necesario recurrir al Algebra de Boole para la simplificación de funciones. 3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS SIMBOLOGIA EMPLEADA EN AUTOMATISMOS ELECTRICOS La norma IEC 1082‐1 define y fomenta los símbolos gráficos y las reglas numéricas o alfanuméricas que deben u7lizarse para iden7ficar los aparatos, diseñar los esquemas y realizar los equipos eléctricos. Las referencias de los equipos eléctricos se preceden del signo “‐”. Corriente alterna Corriente con7nua Conductor principal Conductor auxiliar Haz de 3 conductores Repr. de un hilo 3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS SIMBOLOGIA EMPLEADA EN AUTOMATISMOS ELECTRICOS CONTACTOS Contacto “NA” (de cierre) Contacto “NC” (de apertura) Interruptor Interruptor ‐ seccionador Seccionador Fusible ‐ seccionador Contactor Contactos temporizados al accionamiento Contactos temporizados al desaccionamiento 3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS SIMBOLOGIA EMPLEADA EN AUTOMATISMOS ELECTRICOS RELES ELECTROMECANICOS Posibilita el gobierno de potencias superiores a las que necesita para su propio funcionamiento. Caracterís7cas: Aislamiento galvánico Fácil control Bajo coste Presencia de “rebotes” en sus contactos, sobre todo en la conexión. 3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS SIMBOLOGIA EMPLEADA EN AUTOMATISMOS ELECTRICOS SECCIONADOR El seccionador eléctrico es un disposi7vo mecánico capaz de mantener aislada una instalación eléctrica de su red de alimentación. Es un disposi7vo de ruptura lenta, puesto que depende de la manipulación de un operario. 3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS SIMBOLOGIA EMPLEADA EN AUTOMATISMOS ELECTRICOS E s t e d i s p o s i 7 v o , p o r s u s SECCIONADOR caracterís7cas, debe ser u7lizado siempre sin carga o en vacío. Es decir, el proceso de desconexión debe seguir necesariamente este orden: 1. Desconexión del interruptor principal. 2. Desconexión del seccionador. 3. Colocación del candado de seguridad en la maneta del seccionador (siempre que sea posible), de esta forma evitamos que otro operario de forma involuntaria conecte el circuito. 4. Colocación del cartel indica7vo de avería eléctrica o similar. 5. Ahora y SOLAMENTE AHORA, podemos manipular la instalación afectada. 3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS SIMBOLOGIA EMPLEADA EN AUTOMATISMOS ELECTRICOS MANDOS DE CONTROL Contactor Contactor de puesta en marcha retardada Contactor de enclavamiento mecánico Contactor auxiliar Contactor de puesta en reposo retardada Bobina de electroválvula 3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS SIMBOLOGIA EMPLEADA EN AUTOMATISMOS ELECTRICOS ORGANOS DE MEDIDA Relé de sobreintensidad de efecto magné7co Relé de sobreintensidad de efecto térmico Relé de corriente máxima Relé de mínima tensión Relé de falta de tensión Disposi7vo accionado por nivel de fluido Disposi7vo accionado por caudal Disposi7vo accionado por presión 3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS SIMBOLOGIA EMPLEADA EN AUTOMATISMOS ELECTRICOS RELÉ DE SOBREINTENSIDAD DE EFECTO MAGNÉTICO Se disparan de forma instantánea ante sobrecargas elevadas o cortocircuitos. RELÉ DE SOBREINTENSIDAD DE EFECTO TÉRMICO Se disparan tras un cierto 7empo de estar some7dos a sobrecorrientes leves. Son muy empleados para proteger motores eléctricos. RELÉ MAGNETOTERMICO Aúnan las caracterís7cas de los relés térmicos y los magné7cos protegiendo a la vez contra cortocircuitos y contra sobrecorrientes leves mantenidas. 3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS SIMBOLOGIA EMPLEADA EN AUTOMATISMOS ELECTRICOS RELÉ DE SOBREINTENSIDAD DE EFECTO TÉRMICO Los relés térmicos disponen de relevadores bimetálicos (1 por fase) a través de los que fluye la corriente del motor. Los relevadores bimetálicos se doblan debido a la influencia del calor, y esto da como resultado la interrupción del relé. Presentan una escala de regulación en Amperios. De acuerdo con normas internacionales y nacionales, la corriente de regulación es la corriente
nominal
del
motor y no la corriente de interrupción (sin interrupción a corriente de regulación 1,05 x I, interrupción a corriente de regulación 1,2 x I). 3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS SIMBOLOGIA EMPLEADA EN AUTOMATISMOS ELECTRICOS RELÉ DIFERENCIAL Los disposi7vos diferenciales protegen a las personas, en baja tensión, contra los riesgos eléctricos tanto de los contactos directos como de los indirectos. En las instalaciones eléctricas los contactos directos e indirectos están siempre asociados a una corriente de defecto que no regresa a la fuente de alimentación por los conductores ac7vos, debido a que en algún punto de uno de dichos conductores ac7vos ha habido alguna corriente de fuga a 7erra. Dichos contactos representan un peligro para las personas, y la presencia de dichas corrientes supone también en algunos casos un riesgo de deterioro o destrucción para los receptores o las instalaciones. 3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS SIMBOLOGIA EMPLEADA EN AUTOMATISMOS ELECTRICOS RELÉ DIFERENCIAL Un Relé Diferencial o Disposi7vo Diferencial Residual (DDR), que habitualmente se denomina “diferencial”, es un disposi7vo de protección asociado a un captador toroidal, por el interior del cual circulan todos los conductores ac7vos de la línea a proteger (fase/s y neutro). Su función es la de detectar una diferencia de corriente o más exactamente una corriente residual. 3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS SIMBOLOGIA EMPLEADA EN AUTOMATISMOS ELECTRICOS RELÉ DIFERENCIAL 3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS SIMBOLOGIA EMPLEADA EN AUTOMATISMOS ELECTRICOS COMPROBAR EN CASA 3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS SIMBOLOGIA EMPLEADA EN AUTOMATISMOS ELECTRICOS MANDOS MECANICOS Disposi7vo de retención Retorno automá7co Disposi7vo de retención liberado Retorno no automá7co Enclavamiento mecánico Disposi7vo de bloqueo Mando mecánico manual de pulsador Mando mecánico manual rota7vo Mando mecánico manual de seta Disposi7vo de bloqueo ac7vado 3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS SIMBOLOGIA EMPLEADA EN AUTOMATISMOS ELECTRICOS RELÉS TEMPORIZADOS AL ACCIONAMIENTO (CONEXIÓN) El relé temporizador a la conexión permite realizar una temporización a par7r del instante de conexión de su bobina. Normalmente suele aportar dos contactos temporizados, una NA y otro NC, como se puede ver en la siguiente figura. 3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS SIMBOLOGIA EMPLEADA EN AUTOMATISMOS ELECTRICOS RELÉS TEMPORIZADOS AL DESACCIONAMIENTO (DESCONEXIÓN) El relé temporizador a la desconexión permite realizar una temporización a par7r del instante de desconexión de su bobina. Normalmente suele aportar dos contactos temporizados, una NA y otro NC, como se puede ver en la siguiente figura. 3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS ESQUEMAS DE MANDO Y ESQUEMAS DE POTENCIA En los automa7smos cableados se diferencian en general dos zonas, una de potencia y otra de mando (control) y señalización. Ambas zonas se encuentran separadas eléctricamente de forma que la parte de potencia no pueda dañar la parte de control. El acoplamiento entre ambas zonas es realizado mediante contactos accionados electromagné7camente: contactores, relés térmicos, etc. La mejor forma de representar los esquemas cableados es la de representar por un lado la parte de potencia y por otra la de mando y señalización. De esta manera se facilita la comprensión del esquema. 3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS EJEMPLO: ESQUEMA DE MANDO Esquemad emando
Representacióndesarrollada
Separa d e m a n e ra c l a r a el esquema d e m a n do c o n
respecto al defuerza(potencia). Por logeneral e s e l
mejor procedimiento p a ra entender el funcionamiento
de unautomatismocableado.
F
PIA
1
1
3
2
4
9
F1
1
S0
.2
12
F2
2
95
98
3L2
1L1
S0
5L3
13 N O 2 1N
C
A
1
1
C
A
2
12
13
14
13
KM 1
14
2T1
4N O 2 2N
4T2
6T3
13
A1
X1
A2
X2
14
.3
.4
S1.Hacereferencia a u n pulsador.
13-14.Indica l o sbornesde conexión.
Eneste caso,13-14obliga a q u e sea
uncontacto N O (normalmente abierto).
X1
H1
KM1
Verde
X2
Roja
X1
X2
A C
2
A-C. Abiertosycerrados.
Note q u e e l contactor K M 1
tieneun contacto abierto
e n lalínea(vertical)númer o 2
6
Contactor K M 1.
13-14 Contacto N O(normalment eabierto)
A1-A2Alimentacióndel contactor,por ejemplo 2 4 V c.a.
11
S0.Hacereferencia a u n pulsador.
11-12.Indica l o sbornesde conexión.
Eneste caso,11-12obligaa q u e sea
uncontacto N C (normalmentecerrado).
9
2
3
97
96
STOP
2 T 14 T 2 6 T3
11
.1
RESET
798 95
Señalización luminosa(Pilotos)
H x.Hacereferencia a indicadorluminoso.
X1-X2.Bornesde conexión d e l piloto.
3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS EJEMPLO: ESQUEMA DE POTENCIA 3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS EJEMPLO ARRANQUE DIRECTO DE UN MOTOR TRIFÁSICO MEDIANTE INTERRUPTOR La asociación de un interruptor, un contactor y un relé de protección térmica permite el corte en carga y protege contra sobrecargas. Circuito de potencia Circuito de control 3.
DISEÑO
DE
AUTOMATISMOS EJEMPLO ARRANQUE ESTRELLA‐TRIANGULO DE UN MOTOR TRIFÁSICO Circuito de potencia Circuito de control Y
Y