dpto. de ingeniería de sistemas y automáca3.pdf · un sistema combinacional es aquel cuyas...

Dpto. de Ingeniería de Sistemas y Automá7ca

INDICE   1.Laautoma*zaciónyelcontrolindustrial   2.Sistemasbásicosdecontrol   3.Diseñodeautoma*smos   4.Elautómataprogramable   5.Sensores   6.Actuadores   7.Regulaciónycontrolindustrial

¿Qué pasos se dan para la automa7zación?

¿cómo se realizan lo cálculos?

¿cómo se representan los sistemas automa7cos?

¿Qué tecnologías se emplean?

3.DISEÑODEAUTOMATISMOS

Un sistema combinacionales aquel cuyas salidas dependen únicamente del estado de sus entradas, con total independencia de cuál sea el estado inicial de par7da.

AUTOMATISMOS COMBINACIONALES Y SECUENCIALES


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».

CIRCUITO COMBINACIONAL

XA

ZB XB

ZA Entradas Salidas

Un sistema secuenciales aquel cuyas salidas dependende las variables de entrada y del propio estadoinicialdel sistema



CIRCUITO

COMBINACIONAL

ZA ZB Entradas Salidas

ELEMENTOS DE

MEMORIA



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 variablesdeestado.Desde el punto de vista del modelo matemá7co, la función o funciones de transferencia de un sistema secuencial siguen siendo funciones lógicas, pero con7enen variables internas que guardan «memoria» del estado del sistema o, si se quiere, de su evolución anterior. Las salidas y las entradas están 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).

CIRCUITO

COMBINACIONAL

ZA ZB Entradas Salidas

ELEMENTOS DE MEMORIA



COMBINACIONALES

El estado de la salida puede determinarse conociendo el e s t ado de l o s t r e s interruptores.

SECUENCIALES

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).

Un sistema automa7zado comprende un determinado número de disposi7vos conectados entre sí y que realizan una serie de funciones más o menos complejas.

REPRESENTACION DE LOS AUTOMATISMOS


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.


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 0 0 1 1 1

0 0 0 1

OR

0 0 1 0 0 1 1 1

0 1 1 1

NAND

0 0 1 0 0 1 1 1

1 1 1 0

NOR

0 0 1 0 0 1 1 1

1 0 0 0

NOT

0 1

1 0

XOR

0 0 1 0 0 1 1 1

0 1 1 0


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


LOGICA DE CONTACTOS

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.

Entradas

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 .

Salidas


LOGICA DE CONTACTOS


Equivale a la conexión en PARALELO de diversos elementos de entrada.

FUNCION LÓGICA OR

OR

0 0 1 0 0 1 1 1

0 1 1 1


Equivale a la conexión en SERIE de diversos elementos de entrada.

FUNCION LÓGICA AND

AND

0 0 1 0 0 1 1 1

0 0 0 1


Evidentemente, las funciones OR y AND (paralelo y serie) admiten todas sus posibles combinaciones para formar funciones lógicas más complejas.

COMBINACIONES


También denominada negación, inversión o complemento.

FUNCION NOT

Combinación de una AND y un NOT

FUNCION NAND NAND

0 0 1 0 0 1 1 1

1 1 1 0


FUNCION NOR Combinación de una OR y un NOT

NOR

0 0 1 0 0 1 1 1

1 0 0 0

FUNCION XOR Función OR exclusiva

XOR

0 0 1 0 0 1 1 1

0 1 1 0


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


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.


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 auxiliar Conductor principal

Haz de 3 conductores Repr. de un hilo


SIMBOLOGIA EMPLEADA EN AUTOMATISMOS ELECTRICOS

Contacto “NA” (de cierre)

CONTACTOS

Contacto “NC” (de apertura)

Interruptor

Seccionador

Contactor

Interruptor ‐ seccionador

Fusible ‐ seccionador

Contactos temporizados al accionamiento

Contactos temporizados al desaccionamiento


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.


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.


SIMBOLOGIA EMPLEADA EN AUTOMATISMOS ELECTRICOS SECCIONADOR E s t e d i s p o s i 7 v o , p o r s u s

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.



Contactor

MANDOS DE CONTROL

Contactor auxiliar

Contactor de puesta en marcha retardada

Contactor de puesta en reposo retardada

Contactor de enclavamiento mecánico Bobina de electroválvula



Relé de sobreintensidad de efecto magné7co

ORGANOS DE MEDIDA

Relé de corriente máxima Relé de mínima tensión

Relé de falta de tensión

Relé de sobreintensidad de efecto térmico

Disposi7vo accionado por nivel de fluido

Disposi7vo accionado por caudal

Disposi7vo accionado por presión


SIMBOLOGIA EMPLEADA EN AUTOMATISMOS ELECTRICOS RELÉ DE SOBREINTENSIDAD DE EFECTO MAGNÉTICO

RELÉ DE SOBREINTENSIDAD DE EFECTO TÉRMICO

Se disparan de forma instantánea ante sobrecargas elevadas o cortocircuitos.

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.


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 delmotor 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).


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.


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.


RELÉ DIFERENCIAL SIMBOLOGIA EMPLEADA EN AUTOMATISMOS ELECTRICOS


COMPROBAR EN CASA SIMBOLOGIA EMPLEADA EN AUTOMATISMOS ELECTRICOS



Disposi7vo de retención

MANDOS MECANICOS Disposi7vo de retención liberado

Retorno automá7co Retorno no automá7co

Enclavamiento mecánico

Disposi7vo de bloqueo Disposi7vo de bloqueo ac7vado

Mando mecánico manual de pulsador

Mando mecánico manual rota7vo

Mando mecánico manual de seta


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.


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.


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.


13

14

KM 1

2

X1

X2

X1

X2

13

14

Verde Roja

95

96

97

98

1 32

KM 1

F2

S0

11

12

A C

H1

A1

A2

F

2

1

F1

Representacióndesarrollada

Separademane raclara el esquemad emando c o nrespecto al defuerza(potencia). Por logeneral ese lmejor procedimientopa ra entender el funcionamientode unautomatismocableado.

A-C.Abiertosycerrados.Notequeelcontactor KM1tieneuncontactoabierto

e nlalínea(vertical)número 2

13

14

.3

.4

S1.Hacereferencia au npulsador.13-14.Indica l o sbornesdeconexión.Eneste caso,13-14obligaaqueseauncontacto NO(normalmente abierto).

Señalización luminosa(Pilotos)H x.Hacereferencia a indicadorluminoso.X1-X2.Bornesdeconexiónde lpiloto.

X1X2

31

2 4

.1

.2

S0.Hacereferencia au npulsador.11-12.Indica l o sbornesdeconexión.Eneste caso,11-12obl igaaqueseauncontacto NC(normalmentecerrado).

S0

11

12

Esquemad emando

1L1 3L2 5L3

1 3 N O 2 1 N C A 1

1 4 N O 2 2 N C A 2

6T32T1 4T2

Contactor KM1.13-14ContactoNO(normalmenteabierto)A1-A2Alimentacióndelcontactor,porejemplo2 4 Vc.a.

2 T 14 T 2 6T3

95 9 69 798

STOPRESET

PIA

EJEMPLO: ESQUEMA DE MANDO


EJEMPLO: ESQUEMA DE POTENCIA


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


EJEMPLO ARRANQUE ESTRELLA‐TRIANGULO DE UN MOTOR TRIFÁSICO

Circuito de potencia Circuito de control

Y

Y

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