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ORGANIZACIÓN Y MANTENIMIENTO DE INSTALACIONES AUTOMATIZADAS José Manuel Núñez Marín IES SIERRA SUR 13/11/2015 ORGANIZACIÓN Y MANTENIMIENTO DE INSTALACIONES AUTOMATIZADAS INDICE Características de los cuadros eléctricos ....................................................... 2 1.1. Equipos sensores y...

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ORGANIZACIÓN Y MANTENIMIENTO DE INSTALACIONES AUTOMATIZADAS

José Manuel Núñez Marín IES SIERRA SUR 13/11/2015

ORGANIZACIÓN Y MANTENIMIENTO DE INSTALACIONES AUTOMATIZADAS

INDICE Características de los cuadros eléctricos ....................................................... 2 1.1. Equipos sensores y elementos de captación. .......................................... 5 1.2. Actuadores .............................................................................................. 7 1.3. Reglamentación vigente .......................................................................... 9 2. Fases para el montaje de los equipos y elementos que componen los automatismos .................................................................................................................. 10 2.1. Medios materiales y humanos............................................................... 10 2.2. Equipos sensores y de captación ........................................................... 14 2.2.1. Fases del montaje .............................................................................. 14 2.2.2. Montaje y criterios de selección de sensores y captadores ............... 14 2.3. Actuadores y sistemas eléctricos de potencia ....................................... 16 2.3.1. Actuadores ........................................................................................ 16 2.3.2. Dispositivos eléctricos de potencia ................................................... 17 2.4. Reglamentación vigente y normas de seguridad ................................... 19 3.

Programación y simulación de sistemas automáticos .............................. 19

4. Verificación del funcionamiento y puesta en marcha del automatismo según las especificaciones técnicas del diseño ............................................................... 22 5.

Localización de averías ............................................................................ 29 5.1. Puntos críticos de la instalación ............................................................ 29 5.2. Procedimiento establecido para la localización de averías ................... 30 5.3. Protocolo de actuación ante una avería ................................................. 30 5.4. Personal encargado de las averías ......................................................... 31 5.5. Equipos y herramientas necesarios para la reparación ......................... 31

5.6. Normas y procedimientos de seguridad establecidos para la reparación de averías 32 6.

Plan de mantenimiento de equipos y elementos de automatismos: .......... 32 6.1. Personal encargado del mantenimiento ................................................ 34 6.2. Partes susceptibles de mantenimiento ................................................... 34 6.3. Indicadores del control de mantenimiento ............................................ 35 6.4. Tareas básicas de mantenimiento ......................................................... 36 6.5. Calendario de revisiones y mantenimiento ........................................... 36 6.6. Reglamentación .................................................................................... 38 6.6.1. Legislación y prevención de riesgos en Mantenimiento Industrial .. 40

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Bibliografía ............................................................................................... 41

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ORGANIZACIÓN Y MANTENIMIENTO EN INSTALACIONES AUTOMATIZADAS 1. Fundamentos o criterios para la selección de equipos y elementos del sistema automático: Características de los cuadros eléctricos El cuadro eléctrico es un elemento importante de la seguridad de una instalación eléctrica. Deben montarse siguiendo las normas UNE-EN 60.439 y las prescripciones del fabricante. Los cuadros están sujetos a un proceso de ensamblaje, compartimentación y a la aparamenta que albergan. Se componen de varias partes: bornes, embarrados, aparamenta, conexionado, soportes, etc… Cada parte agrupa a los elementos mecánicos y eléctricos, que concurren en su función. En consecuencia, el tipo de cuadro debe estar perfectamente adaptado a su función. Su diseño y realización debe estar conforme a la Directiva y al Reglamento de Baja Tensión. Por ser un punto vital de la instalación, es una de las partes sobre la que más inciden las normativas. La envolvente de los cuadros cumple una doble función: -

La protección de la aparamenta contra las vibraciones, choques mecánicos, la polución y agresiones externas. La protección de las personas contra contactos eléctricos.

Los cuadros eléctricos deben cumplir las siguientes características técnicas y legales: -

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La aparamenta de mando y protección, cuya posición de servicio es aconsejable que sea en vertical o con capacidad de refrigeración suficiente, se ubicará en el interior de los cuadros de distribución, de donde partirán los circuitos interiores. De donde partirán los circuitos interiores. Los envolventes de los cuadros deben cumplir las normas UNE 20.451 y UNE 60.439-3. En este mismo cuadro se dispondrán los bornes y pletinas para la conexión de los conductores de protección de la instalación interior con la derivación de la línea principal de tierra.

Existen distintos tipos de cuadro en función de su aplicación:

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Cuadros de distribución: Son los encargados de alojar los elementos de protección y distribución de las instalaciones eléctricas, tanto domésticas como industriales. Su instalación puede hacerse a diferentes niveles en un determinado sector: como cuadro de distribución general, como cuadro secundario o como cuadro terminal. Cuadro de máquina o automatismo: Son de tipo terminal y alojan elementos de maniobra y protección necesarios para el funcionamiento de la máquina.

Los embarrados son los encargados de suministrar energía eléctrica al cuadro. Están formados por un determinado número de barras que dependerá del sistema de alimentación. La dimensión de la barra está en relación a la potencia que suministrara el cuadro a la instalación. Los armarios colocados en situaciones climáticas adversas deben estar proyectados con los elementos necesarios para su correcta climatización. Conseguir la temperatura idónea, evitar la condensación y evitar el calentamiento excesivo serán los principales objetivos de estos elementos. Los problemas de una incorrecta climatización pueden estar provocados tanto por alta como por bajas temperaturas. Las altas temperaturas provocan la destrucción de los elementos por fundición o deformación de sus componentes, mientras que las bajas temperaturas provocan condensación de agua que puede provocar conducciones eléctricas no deseadas o la destrucción del aparellaje. La climatización puede ser tanto natural, colocando elementos de ventilación pasiva como pueden ser rejillas o provocando la ventilación de manera forzada utilizando ventiladores o resistencias calefactoras. También se pueden colocar elementos auxiliares que no modifican las características técnicas de los envolventes, pero que aumentan sus prestaciones, haciendo más fácil trabajos de mantenimiento y reparación.

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Uno de estos elementos auxiliares son elementos de iluminación para facilitar la visualización del cuadro, siendo obligatorios estos en cuadros localizados en lugares oscuros. También podemos encontrar un portadocumento, en el que podemos encontrar la documentación técnica del cuadro y los esquemas eléctricos. En todo circuito eléctrico con elementos de funcionamiento electrónico, pueden ser afectados por perturbaciones electromagnéticas. Una perturbación electromagnética es una deformación de la señal enviada por un elemento de captación, hacia un elemento de lógica programada. Las principales fuentes de deformaciones de señal son los motores, variadores de velocidad… Para evitar este tipo de perturbaciones, usaremos los siguientes elementos: 1. Masa de referencia 2. Entradas de cables en el armario: La entrada de cables en el armario se puede hacer por bandejas metálicas y/o por tubos. En ambos casos, se separarán los cables de potencia de los cables de mando que proceden de los captadores. Se evitara la iluminación con lámparas fluorescentes o de descarga.

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En un cuadro eléctrico podemos encontrar los siguientes elementos de protección y corte: - Fusibles: Los fusibles son elementos de protección de las instalaciones eléctricas que se conectan en serie con el circuito que tienen que proteger. Se fabrican con un hilo de un material que tiene un punto de fusión más bajo que el del cobre y suelen disponer también una sección inferior a la de los conductores. El objetivo es que ante cualquier aumento de temperatura debido a una intensidad excesiva, sea el primer punto en calentarse. Si la temperatura es la suficiente, el elemento se funde, interrumpiendo la continuidad del circuito y evitando por tanto que la sobreintensidad peligrosa siga circulando y dañe al resto de componentes. - Interruptor magnetotérmico: El interruptor magnetotérmico es un dispositivo de protección contra corriente de sobrecarga y cortocircuitos. Provoca la apertura automática del circuito en el que está instalado cuando dichas corrientes tienen lugar. - Interruptor diferencial: El interruptor diferencial es un dispositivo que protege la instalación contra defectos de aislamiento, y por lo tanto, a las personas que la utilizan contra contactos indirectos.

1.1. Equipos sensores y elementos de captación. La definición de sensor es la siguiente: “Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, movimiento, pH, etc. Una magnitud eléctrica puede ser una resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una tensión eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como en un fototransistor), etc. Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está siempre en contacto con la variable de instrumentación con lo que puede decirse también que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la señal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo”. (Fuente: Wikipedia) Por otra parte, “un transductor es un dispositivo capaz de transformar o convertir una determinada manifestación de energía de entrada, en otra diferente a la salida, pero de valor muy pequeños en términos relativos con respecto a un generador.” El nombre del transductor ya nos indica cual es la transformación que realiza (por ejemplo electromecánica, transforma una señal eléctrica en mecánica o viceversa). Es un dispositivo usado principalmente en la industria, en la medicina interna, en la agricultura, en robótica, en aeronáutica, etc., para obtener la información de entornos físicos y químicos y conseguir (a partir de esta información) señales o impulsos eléctricos o viceversa. Los transductores siempre consumen cierta cantidad de energía por lo que la señal medida resulta atenuada. (Fuente: Wikipedia) Los sensores y los transductores tienen las siguientes características: pág. 5

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Rango de medida: Es la diferencia entre los máximos y los mínimos valores entre los que se necesita medir. Se recomienda no utilizar un transductor para medidas por debajo de 1/10 del máximo valor que se puede medir. Por ejemplo si un transductor de presión puede medir hasta 1000 Pa, no se debería utilizar para medir menos de 100 Pa (a esto se le denomina valor de fondo de la escala). Sensibilidad: Es la razón entre el incremento de la lectura y el incremento de la variable que lo ocasiona, después de haberse alcanzado el estado de reposo. Resolución: Es el mínimo valor de la variable física a partir de la cual reacciona el aparato de medida. No linealidad: Es la distancia mayor entre la curva de funcionamiento del sensor y la recta del punto inicial al final de funcionamiento. Histéresis: La histéresis es la diferencia máxima que se observa en los valores indicados por el índice o la pluma del instrumento para el mismo valor cualquiera del campo de medida, cuando la variable recorre toda la escala en los dos sentidos, ascendente y descendente. Se expresa en tanto por ciento del alcance de la medida. Repetitividad: Cuando la medida se realiza varias veces, la gráfica magnitud-señal eléctrica no siempre pasa por el mismo lugar. La máxima diferencia será el valor absoluto de la repetitividad.

En cuanto a los tipos de transductores, tenemos los siguientes: -

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Posición, proximidad o presencia  Finales de carrera (posición)  Detectores de proximidad  Inductivos:  Son sensibles a materiales ferromagnéticos  De contacto auxiliar  De bobina  Sensibles a materiales metálicos  Capacitivos  Ópticos  Directos  Con fibras ópticas acopladas Desplazamiento o movimiento  Medida de grandes distancias  Medida de distancias cortas  Pequeños desplazamientos  Medidores de ángulos Velocidad  Tacómetros  Ópticos Presión / Fuerza  Mecánicos pág. 6

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 Electromecánicos Temperatura  Termorresistencias  Termistores: NTC y PTC  Termopares  Pirómetros de radiación Luz  Fotorresistencias o LDR  Fotodiodos  Fototransistores

También podemos clasificar los transductores en dos grupos: -

Activos: operan por si mismos una señal eléctrica Pasivos: no generan por sí mismo una señal eléctrica

1.2. Actuadores Un actuador es un dispositivo mecánico cuya función es proporcionar fuerza para mover otro dispositivo mecánico. La fuerza que provoca el actuador proviene de tres fuentes principalmente: fuerza neumática, fuerza hidráulica y fuerza motriz eléctrica. Existen dos tipos de actuadores básicos: -

Lineales: Son los que generan fuerza en línea recta, tal como la haría un pistón. Rotatorios: Generan la fuerza tal como la haría un motor eléctrico, en sentido rotacional.

Existen tres tipos de actuadores según la proveniencia de la fuente energética: -

Eléctricos Neumáticos Hidráulicos

Para hacer funcionar el actuador neumático, se conecta aire comprimido a uno de los lados del émbolo, generando una fuerza en sentido de expansión del espacio entre el embolo y la pared del cilindro.

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Mediante un dispositivo mecánico que puede ser el conjunto piñón y cremallera, yugo escocés, o una simple veleta, el movimiento se transforma en rotatorio. Para mover el actuador en sentido contrario es necesario introducir aire comprimido en el lado opuesto del émbolo. El torque que genera el actuador es directamente proporcional a la presión del aire comprimido, pero dependiendo de su diseño puede ser variable de acuerdo a la posición actual del actuador. Existen tres tipos de actuadores neumáticos: -

Conjunto Piñón-cremallera Yugo Escocés Veleta

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Para hacer funcionar un actuador hidráulico, se conecta la presión hidráulica a uno de los lados del émbolo generando una fuerza en el sentido de la expansión del espacio entre el émbolo y la pared del cilindro. El torque que genera el actuador es directamente proporcional a la presión de aceite hidráulico, pero puede ser variable de acuerdo a la posición actual del actuador, si el actuador es de Yugo Escocés.

Finalmente, para hacer funcionar un actuador eléctrico, se deben energizar los bornes correspondientes para que el motor actúe en la dirección apropiada. Normalmente viene con un controlador o botonera que hace el proceso más sencillo. Sin embargo para la automatización remota del actuador, se debe considerar el diagrama de cableado que viene con el actuador. Las conexiones deben considerar fuerza, señales de límites de carrera y torque, señales análogas o digitales de posición y torque, etc… El torque generado por el motor eléctrico es aumentado por un reductor interno o externo para dar salida al torque final en el tiempo seleccionado. Esta es la razón por la que los actuadores eléctricos toman más tiempo en recorrer la carrera que los neumáticos o hidráulicos.

1.3. Reglamentación vigente -

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IEC 60269_Fusibles de baja tensión IEC 60364_Instalaciones eléctricas en edificios IEC 60417_Símbolos gráficos utilizables en el material, índice, relación y compilación de las hojas individuales IEC 60439, UNE 60439_Principios fundamentales y de seguridad para la interfaz HMI, el marcado y la identificación. Identificación de los bornes de equipos y de los terminales de ciertos conductores designados, y reglas generales para el sistema alfanumérico IEC 60446_Identificación de los conductores mediante colores o mediante números pág. 9

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IEC 60447_Normalización del sentido de movimiento de los elementos de maniobra de los aparatos eléctricos IEC 60529, UNE 20324_Grados de protección proporcionados por las envolventes (Código IP) IEC 60617_Símbolos gráficos empleados en los diagramas IEC 60664_Coordinación de aislamiento de los materiales en los sistemas (redes) de baja tensión IEC 60750_Señalizacion de identificación de material en electrotecnia IEC 60890_Método de la determinación por extrapolación del calentamiento de los conjuntos de aparamenta de baja tensión derivados de serie IEC 60898_Accesorios eléctricos IEC 60909_Cálculos de corrientes de cortocircuito IEC 60947, UNE 60497_Aparamenta de baja tensión IEC 61082_Preparación de la documentación usada en electrotecnia IEC 62262, UNE 50102_Grados de protección proporcionados por las envolventes de materiales eléctricos contra los impactos mecánicos externos UNE 20572_Efectos de la corriente sobre el hombre y los animales UNE 60742_Transformadores de separación de circuitos y transformadores de seguridad

2. Fases para el montaje de los equipos y elementos que componen los automatismos 2.1. Medios materiales y humanos Existen complejos procesos de automatización que requieren de la colaboración entre los diversos departamentos de una misma empresa (gestión, logística, automatización, distribución,…). En esta parte se enfoca el problema, en concreto en la parte de automatización, desde el punto de vista del trabajo que tiene que realizar el ingeniero técnico. El proceso consta de los siguientes procedimientos: 1. 2. 3. 4. 5.

Automatización Supervisión Interacción Implementación Pruebas

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AUTOMATIZACIÓN: En esta fase elemental hay que desarrollar los pasos siguientes relacionados con el GRAFCET y las puestas en marcha de los automatismos. -

Observar el proceso a controlar y generación de GRAFCET de primer nivel. Selección del automatismo Selección y cableado físico de sensores y actuadores, con las secciones de entradas y salidas del automatismo. Generación del GRAFCET de segundo nivel en su descripción tecnológica.

En estas líneas, la fase de automatización coincide con todas las propuestas que hacen las referencias bibliográficas básicas de automatización y autómatas programables. En la fase de automatización aparecen...