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Departamento de Diseño Mecánico Sistemas Oleohidráulicos y Neumáticos

CADENA DE MANDOESTRUCTURA DE LAS MÁQUINAS

ORDENES

PARTE OPERATIVAO DE POTENCIA

INFORMACIONES - DATOS

MANDOO CONTROL

Análisis por medio de bloques del flujo de señales desde su entrada hasta su salida:

BLOQUE DE ENTRADA

• Lo forman el conjunto de elementos a través de los cuales ingresan al mando las señales de la parte operativa.

• La señal recibida, de cualquier naturaleza (acondicionamiento de señal) es convertida a la adecuada al mando y transmitida a la unidad de tratamiento.

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BLOQUE DE COMUNICACION HOMBRE-MAQUINA.

• Permite al operador intervenir en el momento del arranque , efectuar paradas de emergencia, tomar acciones alternativas y por medio de sistemas de señalización controlar permanentemente el desarrollo de las operaciones.

• Esta función es realizada por medio de auxiliares de mando con intervención humana (botoneras, pulsadores, palancas, pedales, etc) y señalizadores luminosos, o en automatismos más complejos mediante pupitres, consolas y unidades de programación como en el caso de los PLC´s

BLOQUES DE TRATAMIENTO.

Es el ´´cerebro´´, recibe las señales provenientes de la unidad de entrada, las procesa según leyes preestablecidas y emite las señales de acción.

Según la complejidad del automatismo, el tratamiento puede ser realizado por medio de:

Relés. Contactores auxiliares. Temporizadores. Elementos lógicos electrónicos o neumáticos. Secuenciadores. Autómatas programables.

BLOQUES DE SALIDA.

La forman el conjunto de elementos receptores de las señales emitidas por la unidad de tratamiento. Estos elementos gobiernan el flujo energético dirigido a los órganos de trabajo. Las señales recibidas desde la unidad de tratamiento son aquí AMPLIFICADAS y/o CONVERTIDAS a las formas convenientes requeridas por los elementos de actuación.

Lo componen:

Contactores de potencia. Válvulas y electroválvulas distribuidoras hidráulicas y neumaticas. Transductores en gral.

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ACCIONAMIENTOS DE POTENCIA.

Lo componen los elementos ejecutores de las ordenes de mando. La energía recibida del bloque de distribución es transformada en trabajo útil y transferida a la máquina.

Lo componen:

todo tipo de motores (eléctricos, hidráulicos, neumáticos, etc.). actuadores lineales y rotantes neumáticos e hidráulicos.

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FORMAS DE REPRESENTACION DE LAS FASES OPERATIVAS DE UNA MAQUINA.

La complejidad siempre creciente de los automatismos requiere definir de modo claro el desarrollo de las fases operativas del equipo y sus estados de conmutación.

De los siguientes métodos de representación, será el grado de complejidad del equipo el que defina el más adecuado en cada caso.

1. Representación descriptiva simplificada.

FASE 1: A extiende su vástago, el cilindro A sujeta la pieza.FASE 2: B extiende su vástago, el cilindro B acciona el punzón de marcación.FASE 3: B retrae su vástago, el cilindro B retrocede.FASE 4: A retrae su vástago, el cilindro A libera la pieza.

2. Representación abreviada con vectores.

En este caso el movimiento de los cilindros se representa por vectores. Se adopta convencionalmente:

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3. Representacón abreviada con signos.

En este caso el movimiento de los cilindros o actuadores es designado con los signos más (+) y menos (-).Se adopta convencionalmente:

+ Extensión del vástago.- Retracción del vástago.

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4. Representación en forma de diagramas.

DIAGRAMA DE ESPACIO-FASE

• En este diagrama se representa la secuencia de acción de las unidades de trabajo y el encadenamiento de las señales de mando.

• Se utilizan para ello dos ejes coordenados.

• Se representará en uno de ellos (eje vertical) el estado de los actuadores del sistema utilizando valores binarios (0-1).

• En el otro eje (horizontal) se indicarán las fases o pasos en que se subdivide el ciclo de trabajo. Estos pasos o fases están caracterizados por la modificación o cambio del estado de un elemento constitutivo del mando. Estos cambios se indicarán con líneas verticales auxiliares sobre el diagrama, que denominaremos líneas de fase.

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Representación de los órganos de trabajo –

1. Los actuadores (neumáticos o hidráulicos) se representan por líneas.

2. Las lineas horizontales representan estados de reposo del elemento.

3. Las lineas inclinadas significan movimientos del mismo (fases 2 y 4 de la figua).

4. Las lineas con distinta inclinación evidencian distintas velocidades del movimiento, por ejemplo aproximación rápida, trabajo lento y retorno rápido.

5. El arranque y parada de motores se indicará con una linea vertical desde el estado 0 al estado 1 y viceversa.

6. Los motores con posibilidad de giro en dos sentidos se representarán como en la figura. El nivel 1 superior indicca por ejemplo rotación en sentido horario, en tanto el inferior antihorario. El 0 indica reposo (motor detenido).

7. Los motores con aceleración y deceleración prolongada podrán representarse como en la figura (caso de inversión de giro).

8. Cuando en un mando existan varios elementos de trabajo, éstos serán representados individualmente uno debajo del otro estableciendo su relación por medio de las líneas de fase.

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Representación de los elementos de señalización –

Los elementos de señalización son aquellos que al ser actuados emiten una señal capaz de modificar el estado de algún componente del mando.

Representación de las cadenas de señales –

Estas se representan con lineas. Las lineas tendrán un origen y un destino. Su origen será un elmento de señalización y su destino aquel cuyo estado deba ser cambiado (válvula o cilindro). Una flecha indicará el sentido de la señal. Se representarán los símbolos gráficos siguientes:

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Ejemplo de aplicación del diagrama espacio – fase.

Secuencia de la máquina: A+, B+, A- C+, B- C-

Se exige un funcionamiento a ciclo simple. El inicio se producirá oprimiendo un comando bimanual y estará condicionado a la finalización del ciclo anterior.

Representación de los actuadores y el encadenamiento de señales:

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Diagrama espacio-tiempo

• El diagrama espacio-tiempo constituye una variante del diagrama espacio-fase, en donde en el eje horizontal se indican los tiempos en reemplazo de las fases utilizadas en aquel..

• Cuando el tiempo de ejecución constituye una variable de consideración en el equipo, la “escala” de tiempos simplemente se superpone a la de fases.

• Valen para este diagrama las mismas reglas y símbolos gráficos ya mencionados. Su aplicación resulta adecuada en aquellos mandos programados en función del tiempo, en tanto que el espacio-fase lo es para los mandos por programas de recorridos y de evolución secuencial.

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ESQUEMAS CIRCUITALES DE MANDO.

Un esquema circuital representa en forma gráfica la relación entre los distintos componentes del mando, evidenciando de esta forma la lógica operativa del mismo.

Obs.: observar el valor de esta información como herramienta para la detección de fallas.

Nota: es importante que el esquema circuital sea realizado de forma clara, de fácil interpretación y que pueda ser entendido por todo, para lo cual deberán utilizarse símbolos de representación normalizados, respetando además ciertas reglas en cuanto a las disposición de los elementos.

Simbología de los elementos –

La disposición de los elementos en el esquema circuital se realizará respetando la cadena de mando (flujo de señales) en sentido vertical ascendente.

La disposición indicada se respetará en lo posible, excepto casos particulares en donde probablemente otra disposición resulte más favorable atendiendo a la realización, interpretación y lectura del esquema.



Reglas básicas:

1) La posición de actuación de los finales de carrera se indicará con un trazo vertical en las posiciones en que son realmente actuados, con su correspondiente identificación. El elemento se dibujará según la disposición anterior, es decir en el bloque de entrada y en la posición que resulte más adecuada, apuntando a simplificar el trazado de las líneas de interconexión.

2) Los elementos se dibujarán en el estado determinado por su pilotaje, con el equipo en reposo y listo para el arranque.

3) Las conducciones se representaran por líneas lo mas rectas posibles, evitando innecesarios cruces. Las conducciones de trabajo (válvulas direccionales a cilindros) se dibujaran con líneas continuas, en tanto que las conducciones de pilotaje con las líneas de trazos. Esto ultimo a menudo ocasiona dificultades de lectura prefiriéndose el trazo continuo también para las líneas de pilotaje.

4) Puede evitarse el trazado de las conducciones de alimentación a las válvulas del mando, simplemente indicando en los elementos que las requieran, el símbolo simplificado de la fuente de presión.

Denominación de los elementos en el esquema.

La adecuada designación de los componentes de un mando juega un papel fundamental en la lectura e interpretación de sus funciones.

La designación deberá ser tal que aporte claridad a la lectura y una fácil determinación del rol de cada elemento en el mando, facilitando la interpretación, la tarea de mantenimiento y la búsqueda de fallas.

Nota: la metodología adoptada debe ser simple y clara, sin ambigüedades o indefiniciones.

Existen varias formas de denominar los componentes del mando, desde las totalmente literales a las totalmente numéricas.

Nota: Para éste curso, se expondrá un método basado en la combinación anterior, es decir alfanumérico.



REGLAS:

A, B, C, D, .... Letras mayúsculas del alfabeto (excepto Z) para los actuadores.

A1, B1, C1, D1..

Letra identificatoria del actuador seguido de 1 (uno), para las válvulas de comando de los actuadores.

A2, A4, A6...B2, B4, B6...C2, C4, C6...

Letra identificatoria del actuador seguida de pares para los elementos de la cadena de mando que gobiernan la salida del actuador

A3, A5, A7 ...B3, B5, B7 ...C3, C5, C7 ...

Letra identificatoria del actuador seguida de números impares (excepto 1) para los elementos de la cadena de mando que gobiernan el retorno del actuador.

A02, B02, C02.. Letra identificatoria del actuador seguida de 02, 04, 06 etc., (pares) para elementos que actúan sobre la velocidad de avance del actuador.

A03, B03, C03.. Letra identificatoria del actuador seguida de 03, 05, etc. (impares excepto 1) para elementos que actúan sobre la velocidad de retorno del actuador.

Z1, Z2, Z3, Z4.. Letra Z seguida de númeos crecientes correlativos para elementos del mando cuyas funciones no son asignables a un actuador en particular o que son comunes a varios (unidades de tratamiento, válvulas de corte de energía, memorias auxiliares, etc.).

En la figura adjunta se muestra sobre un esquema circuital la aplicación del método propuesto.



Nota: Cuando un elemento del mando (p.e.: un fin de carrera) forma parte de una cadena que origina acciones sobre más de un actuador, llevará asociada tantas desiganaciones como acciones origine según lo ya establecido



INTERPRETACIÓN DE ESQUEMAS CIRCUITALES DE MANDO.

Obs.: La correcta interpretación de los esquemas de mando constituye la base para la detección sistemática de las fallas.

Mandos neumáticos básicos.

1. Mando directo de un cilindro de simple efecto con válvula monoestable de comando manual por pulsador.

2. Mando directo de un cilindro de simple efecto con válvula biestable de comando manual a palanca.

3. Mando directo de un cilindro de doble efecto con válvula monoestable de comando manual a palanca.



4. Mando directo de un cilindro de doble efecto con válvula biestable de comando manual a palanca.

5. Mando indirecto de un cilindro de simple efecto con válvula monoestable comandada por una señal neumática proveniente de una válvula 3/2 accionada manualmente.

6. Mando indirecto de un cilindro de simple efecto con válvula biestable comandada por dos señales neumáticas provenientes de sendas válvulas 3/2 de comando manual.



7. Mando indirecto de un cilindro de doble efecto con válvula monoestable gobernada por una señal neumática proveniente de una válvula 3/2 accionada manualmente.

8. Mando indirecto de un cilindro de doble efecto con válvula biestable comandada por señales neumáticas provenientes de 2 válvulas 3/2 accionadas por pulsador.



Conclusiones:

- Para accionar un cilindro de simple efecto se utiliza una válvula 3/2 en tanto que para uno de doble efecto deben utilizarse válvulas 4/2 ó 5/2.

- Las válvulas pueden ser monoestables (una única posición de reposo) o biestables (reposo indistinto en ambas posiciones).

- El uso de válvulas monoestables conduce a mandos de iguales características, es decir que la acción en la parte operativa se mantiene en tanto sea mantenida la acción de mando.

- El uso de válvulas biestables conduce a mandos también biestables, es decir que la acción perdura aunque se haya suprimido la acción de mando y solo cesa cuando se opere una señal de mando contraria.



Mandos con realimentación de señal.

Mediante la técnica de realimentación es posible convertir un mando piloto (de comportamiento monoestable) en uno de acción retenida o memorizada (de comportamiento biestable), aún utilizando válvulas monoestables.

Tomando el ej. 7. si tomamos una señal de la vía que alimenta la cámara trasera del cilindro como en la figura y a través de una válvula “o” la ingresamos a la cadena de señales de mando, toda vez que se oprima el pulsador A2 el cilindro A extenderá su vástago, permaneciendo allí aunque A2 deje de ser actuado. El piloto de A1 es ahora realimentado con señal a través de A4 proveniente de una vía de alimentación del cilindro, lográndose así un comportamiento biestable del mando.

Para retornar el cilindro a su posición de reposo, bastará interrumpir la realimentación, mediante un pulsador (A3) normalmente abierto.

Nota: la realimentación tomada desde las vías de utilización de los cilindros son susceptibles a interferencias provocadas por el movimiento del actuador. Estas se hacen notables cuando los actuadores son de grandes dimensiones, no siendo la realimentación efectiva hasta tanto el actuador alcance su posición final de carrera, lo que obliga a mantener el pulsador oprimido un periodo prolongado.



Una mejora notable de esta condición se logra realimentando desde una válvula intermedia (A6) .



Mando automático elemental de un actuador.

9. Un cilindro de doble efecto debe ejercer su acción al oprimir un pulsador. El retorno debe ser automático una vez alcanzada la posición final de carrera.

Nota:

(1) Los circuitos mostrados presentan el inconveniente de que si el pulsador A2 se mantiene oprimido. La secuencia se interrumpe con el vástago del cilindro extendido. La señal del final de carrera no se efectiviza en razón de la presencia de la válvula A1 y A6 respectivamente de la señal del pulsador.

(2) Por otro lado el ciclo podría comenzar en cualquier punto de la carrera de retorno, sin que haya sido completado el ciclo anterior. Esto es en razón de que el pulsador A2 está permanentemente alimentado y en consecuencia capaz de emitir señal toda vez que sea oprimido.



Mando automático elemental con inicio condicionado.

10. Un cilindro doble efecto debe ejercer su acción al oprimir un pulsador, pero sólo si el cilindro se encuentra con su vástago retraído. El retorno será automático una vez alcanzada la posición final de carrera. El ciclo debe completarse aún cuando se mantenga oprimido el pulsador.

La conexión serie de A2 y A4 configura una condición lógica “y” para el arranque. Esto es, para que el ciclo comience, deben verificarse simultáneamente el accionamiento de A2 en la máquina y el de A4 por parte del operador.



11. Se pretende lograr un sistema de iguales características que el del ej.10., pero el inicio deberá poderse efectivizar indistintamente desde dos pulsadores distantes entre sí (uno “o” el otro).

Esta exigencia implica una condición lógica “o” de inicio.

El avance del cilindro A se podrá concretar bien desde A4 o desde A6, vinculados mediante la selectora A8 (válvula “o”). El final de carrera A2 en serie cumple las funciones ya descritas en el ej.10, estableciendo una condición “y” de inicio.

La solución mostrada en el esquema siguiente para el conjunto A2, A4, A6 y A8 es equivalente a la anterior, solo que la condición lógica “y” de inicio es lograda mediante una válvula de simultaneidad (A10).



12. Implementación del conexionado con válvulas “o” para que el ciclo del ej.11., pueda ser iniciado indistintamente desde cuatro pulsadores distantes entre sí.

13. Se pretende lograr un sistema de iguales características que el ej.10., pero el inicio deberá poderse efectivizar sólo si son oprimidos simultáneamente dos pulsadores (uno “y” otro de un comando bimanual). Lo anterior implica una condición lógica “y” de inicio entre los dos pulsadores de marcha.



El avance del cilindro A podrá concretarse sólo cuando se encuentren oprimidos A4 y A6 por el operador, y además el fin de carrera A2 en la máquina.

Solución equivalente utilizando válvulas de simultaneidad o válvulas “y”.

Obs.: Las válvulas de simultaneidad A8 y A10 del esquema, pueden ser reemplazadas por válvulas 3/2 monoestables de pilotaje neumático:



14. Implementar el conexionado de válvulas “y” para que el ciclo del ej.13., pueda ser iniciado si se oprimen simultáneamente cuatro pulsadores. “Comando de seguridad a 4 manos”.



Mandos para regulación de velocidad en actuadores neumáticos.

Como norma general, la regulación de velocidad en los actuadores neumáticos debe hacerse siempre y en lo posible sobre la vía de descarga del actuador. De este modo y dentro de valores compatibles con la elasticidad del aire comprimido, podrán lograrse regulaciones estables de la velocidad.

La elasticidad del medio influye notablemente en las bajas de velocidades, fijándose para las regulaciones neumáticas un límite práctico inferior que oscila entre los 30 y 50 mm/seg., dependiendo ello además, del tamaño del actuador, característica de la carga sobre el vástago, calidad del regulador empleado, presión de alimentación, etc Cuando deban obtenerse movimientos estables son velocidades inferiores al límite fijado, deberá recurrirse a sistemas hidroneumáticos o hidráulicos de avance, cuyo límite de regulación en términos prácticos puede ser tan bajo como se quiera.



Regulación en actuadores de simple efecto.

En este tipo de actuadores no queda otra solución más que regular su vía de alimentación con las limitaciones ya enunciadas.

Avance regulado y retorno normal.

Avance normal y retorno reguladdo.

Avance y retornos regulados no independientes.



Avance y retorno regulados independientes.

Avance normal y retorno rápido.

Avance regulado y retorno rápido.



Regulación en actuadores de doble efecto.

En este caso es posible aplicar la norma general de regulación.

Avance regulado y retorno normal.

Avance normal y retorno regulado



Avance y retorno regulados no independientes.

Avance y retorno regulados e independientes.



Avance normal y retorno rápido.

Avance regulado y retorno rápido.

Avance rápido y retorno regulado.



Conclusiones y comentarios.

1. La disminución de velocidad en actuadores neumáticos se logra con reguladores de caudal unidireccionales o bidireccionales.

2. El aumento de velocidad se logra con válvulas de escape rápido. Estas permiten aumentar la velocidad media de un actuador entre un 40% y un 60% respecto de la velocidad con descarga normal.

3. La velocidad puede regularse (según el caso) sobre las vías de utilización de las válvulas o sobre los escapes de éstas. Es más efectiva la primera y más lo es cuanto más cerca del actuador se efectúe la regulación.

4. Las válvulas de escape rápido se instalarán lo más cerca posible del actuador. Las conexiones ente éste y la válvula de escape serán como mínimo del mismo tamaño que la conexión del actuador si quieren obtenerse plenos resultados.

5. Las válvulas 5/2 ofrecen siempre mayores alternativas para la regulación que las válvulas 4/2.



Temporizaciones neumáticas - Esquemas básicos de temporización.

Temporización con retardo a la abertura.

Temporización con retardo al cierre.

Prolongación de una señal.



Retardo de la conexión y desconexión (retardo y prolongación).

Monopulso – Generador de impulsos.



15. Se pretende que un cilindro neumático actúe al oprimir un pulsador. Su retorno debe producirse automáticamente cierto tiempo después de alcanzada la posición final de carrera. El ciclo debe comenzar sólo si el vástago se encuentra en posición de reposo (retraído) y no debe poder reiniciarse hasta tanto no finalice el anterior.


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