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automatismos...

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Robótica y Automatización Industrial I Tema 4. Automatismos convencionales José Mauel Bravo Caro [email protected]

Universidad de Huelva. Dpto. de Ingeniería Electrónica, Sistemas Informáticos y Automática

Índice

1. Definiciones 2. Tecnologías empleadas en automatización 3 Automatización eléctrica 3. 4. Automatización neumática

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Universidad de Huelva. Dpto. de Ingeniería Electrónica, Sistemas Informáticos y Automática

Objetivos

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

Revisar los conceptos y técnicas básicas de automatización industrial. Conocer la base de dos técnicas de automatización que, aunque básicas y antiguas, aun tienen aplicación:  

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Control relé Control neumático

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Índice

1. Definiciones 2. Tecnologías empleadas en automatización 3 Automatización eléctrica 3. 4. Automatización neumática

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Definiciones Sistemas de control discreto Sistemas de control discreto:

   

Distintos tipos de sistemas de control discretos:

  

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Los parámetros y variables son cambiados en momentos discretos. Los valores que toman también son discretos. Principalmente valores binarios. Los cambios son respuestas a cambios en el sistema o al paso de cierta cantidad de tiempo.

Dirigidos por eventos o por tiempo. Combinacionales o secuenciales.

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Definiciones Sistemas de control discreto Control dirigido por evento. El controlador responde a cambios en la variables del proceso :

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Control dirigido por tiempo. El controlador responde a instantes dados de tiempo o al transcurso de cierto tiempo :





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Ejemplo: Alarma de temperatura. Si la temperatura supera cierto valor, se activa una alarma.

Ejemplo: Parada de una planta a una hora determinada. Tratamiento de calor por tiempo. Tiempo de centrifugado de una lavadora. Semáforo Combinacionales o secuenciales.

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Definiciones Sistemas de control discreto Control combinacional. El controlador responde a combinaciones de las variables del proceso:



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Control secuencial. El controlador responde teniendo en cuenta las entradas del proceso y la historia del mismo:





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Ejemplo: Nivel de un tanque indica vacío. Poca aplicación general.

Ejemplo: Ascensor.

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Definiciones Sistemas de control discreto 

¿Es posible emplear sistemas combinacionales en todas las ocasiones?



Ejemplo aclaratorio: 

Salidas = Función (entradas, ordenes de mando)

M A

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i

d

B

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Definiciones Sistemas de control discreto ENTRADAS M

A

B

I

d

REPOSO

0

1

0

0

0

COMIENZO

1

1

0

0

1

MITAD-d

1

0

0

0

1

FIN

1

0

1

1

0

MITAD-i

1

0

0

1

0

M A

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SALIDAS

i

d

B

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Definiciones Sistemas de control discreto ENTRADAS M

A

B

I

d

REPOSO

0

1

0

0

0

COMIENZO

1

1

0

0

1

MITAD-d

1

0

0

0

1

FIN

1

0

1

1

0

MITAD-i

1

0

0

1

0

M A

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SALIDAS

i

d

¡¡Mismas entradas!!!

Distintas salidas

B

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Definiciones Sistemas de control discreto 

Conceptos: Estado y diagrama de estado.

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Otras herramientas: 

Redes de Petri.

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Graphcet.

Reposo



Las salidas del controlador se generan en función de una secuencia interna de estados.



Necesidad de un sistema que memorice los estados para tomar decisiones en función de los valores que las variables tuvieron en el pasado.

A

Derecha d

B

M A

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M

i

d

B

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Izquierda i

Definiciones Sistemas de control discreto El control discreto se utiliza en industrias de fabricación discreta para el control de:



   

de transporte. de almacenamiento automático. de fabricación fab icación flexible. fle ible de ensamblado automático.

También se emplea en las industrias de procesos, principalmente en los procesos por lotes :





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Sistemas Sistemas Sistemas Sistemas

El objetivo del control es secuenciar y temporizar los pasos de producción y regular variables de proceso. Incluye control discreto y continuo. Universidad de Huelva. Dpto. de Ingeniería Electrónica, Sistemas Informáticos y Automática

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Tecnologías empleadas en automatización 

Diversas tecnologías se han empleado para automatizar. El desarrollo de la técnica y las condiciones de aplicación definen qué técnica aplicar.

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Diversas opciones:      

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Automatización mecánica. Automatización neumática. Automatización hidráulica. Automatización eléctrica. Automatización electrónica. Técnicas mixtas.

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Tecnologías empleadas en automatización Automatización mecánica

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Automatismos compuestos de ruedas dentadas, transmisión, bielas, manivelas, palancas, etc.

poleas

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Dificultad: cadenas cinemáticas y sincronización de movimientos.

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Suelen ser complejos y de poca flexibilidad.

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de

Tecnologías empleadas en automatización Automatización neumática

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

Emplean el aire comprimido para la transmisión de fuerza.

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Estuvo muy extendido en los sistemas automáticos. Hoy en día aun tienen aplicación.

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Sistemas sencillos basados en cilindros y válvulas principalmente.

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Tecnologías empleadas en automatización Automatización hidráulica

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

Emplean fluidos especiales para la transmisión de fuerza.

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Más lentos que los automatismos neumáticos pero capaces de desarrollar más fuerza.



Empleados en prensas, frenos, direcciones y aplicaciónes que requieren grandes esfuerzos.

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Tecnologías empleadas en automatización Automatización eléctrica

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

Basados principalmente en relés, contactores y temporizadores.



Se basan en fenómenos electromagnéticos.



Muy extendidos hasta hace poco tiempo.



Aun hoy día muchas máquinas incluyen algún automatismo eléctrico para controlar motores o implementar acciones sencillas. sencillas

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Tecnologías empleadas en automatización Automatización electrónica

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

Basados en sistemas programables.

digitales,

computadores



Producto del desarrollo de la electrónica y sobre todo del aumento en la escala de intagración.

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Máxima expresión de flexibilidad.



Posibilita el desarrollo de complejidad y eficiencia.

sistemas

de

y

control

autómatas

de

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mucha

Tecnologías empleadas en automatización Técnicas mixtas

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

Casi todos los problemas de automatización se resuelven mediante la combinación de técnicas.

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Muchos de ellos tienen como base un sistema electrónico, complementado con elementos de otras tecnologías.

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Automatización eléctrica

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Los automatismos eléctricos son sistemas cableados.

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El elemento básico de los automatismos cableados es el relé.



Hasta hace poco tiempo la mayoría de los automatismos se implementaban mediante sistemas cableados.



Hoy en día han sido progresivamente sustituidos por sistemas electrónicos.



Sin embargo aun quedan aplicaciones donde este tipo de sistema tiene sentido.

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Automatización eléctrica Variables y funciones lógicas Las variables lógicas se modelan mediante interruptores:

  

x=0 x=1

x

O como una carga consumidora, generalmente lámparas o bobinas:

  

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Interruptor abierto: Interruptor cerrado:

Lámpara apagada: Lámpara encendida:

f=0 f=1

f

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Automatización eléctrica Variables y funciones lógicas 

El complemento equivale al empleo de contactos normalmente cerrados: x

x’ 

Funciones And y Or: x

x

y

y f 24

f

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Automatización eléctrica Elementos básicos Pulsadores:

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Interruptor:

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Elementos electromecánicos de conexión y desconexión. Se activan pulsando un botón o accionando un resorte. Se desactiva automáticamente al dejar de accionarlo.

Elementos electromecánicos de conexión y desconexión. Se activan pulsando un botón o accionando un resorte. Se desactiva con una nueva pulsación o acción.

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Automatización eléctrica Elementos básicos Relé:

 

Interruptor electromecánico con una posición de reposo y activación mediante excitación eléctrica.



Compuesto de:   

Funcionamiento:

 



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Bobina (elemento de control). Conjunto magnético móvil. Contactos.

Al alimentar la bobina se produce el movimiento del conjunto magnético móvil y se cierran los contactos. Al dejar de alimentar la bobina el grupo magnético regresa a su posición y los contactos se abren.

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Automatización eléctrica Elementos básicos Relé:

 

Se pueden emplear para controlar un circuito de salida de mayor potencia que el circuito que constituye la entrada.

CARGA

BOBINA RELÉ

F.A.

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FUENTE DE ALIMENTACIÓN

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Automatización eléctrica Elementos básicos Contactor:



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

Basado en el mismo principio que un relé.

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Diseñado con más robustez para soportar mayores corrientes.

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Los contactos se encuentran abiertos o cerrados. No existe contacto común.



Cuenta al menos con tres juegos de contactos. Diseñados para trabajar en sistemas trifásicos.



Además de los tres pares de contactos principales pueden contar con más pares de contactos denominados auxiliares. Suelen soportar menor corriente y se emplean en circuitos de control y mando. Pueden ser instantáneos o temporizados. Universidad de Huelva. Dpto. de Ingeniería Electrónica, Sistemas Informáticos y Automática

Automatización eléctrica Elementos básicos Denominación contactor:



los

contactos

en

un



Los terminales de excitación de la bobina se identifican por A1 y A2.



Los contactos principales por números simples, del 1 al 6.



Los contactos auxiliares por números de dos cifras donde:    

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de

Decenas indican el número del contacto. Unidades indican el tipo de contacto: 1-2 son contactos normalmente cerrados. 3-4 son contactos normalmente abiertos.

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Automatización eléctrica Representación de automatismos eléctricos Ecuaciones lógicas:



M=I A=I P=I’



Esquema de contactos:



Esquema de conexión completo:  

 30

Representa el conexionado de todos los componentes. Es más sencillo ver la función de cada componente pero se complica entender el conjunto. No suele emplearse. Universidad de Huelva. Dpto. de Ingeniería Electrónica, Sistemas Informáticos y Automática

Automatización eléctrica Representación de automatismos eléctricos

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

Los esquemas de conexiones se suelen dividir en dos:



Esquema de potencia:



Esquema de mando:

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Automatización eléctrica Maniobras básicas Encendido de una lámpara mediante un relé:



  

M representa un pulsador. K1 representa la bobina de un relé. H1 representa una lámpara.



Cuando el pulsador activa la bobina del relé, el par de contactos de éste, 13-14, se cierran y la bombilla se enciende. Cuando se desactiva el pulsador se apaga la bombilla.



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Automatización eléctrica Maniobras básicas Encendido de una lámpara mediante un relé con retención o enclavamiento:



M H1

   

M representa un pulsador. P representa un pulsador normalmente cerrado. K1 representa la bobina de un relé. relé H1 representa una lámpara.



Cuando el pulsador activa la bobina del relé, los dos pares de contactos de éste, 13-14 y 23-24, se cierran y la bombilla se enciende. El par de contactos 23-24 mantienen activada la bobina del relé aunque desactivemos M. Para apagar la bombilla hay que actuar sobre el contacto P, que normalmente está cerrado.

 

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P

Automatización eléctrica Maniobras básicas 

Arranque directo de un motor trifásico con un solo sentido de giro:

FUSIBLES

CONTACTOR PRINCIPAL

PULSADOR DE PARO PULSADOR DE MARCHA

RELÉ TÉRMICO

MOTOR TRIFÁSICO

Esquema de Potencia 34

Esquema de Mando

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Automatización eléctrica Maniobras básicas Dos relés incompatibles pasando por paro:

   

  

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El objetivo es evitar que dos sistemas funcionen simultaneamente. Se resuelve empleando dos relés incompatibles. Si un relé está activo no se podrá activar otro hasta que se accione el paro. Por ejemplo, al pulsar M1 se activa K1. Al activarse K1 se abre el contacto normalmente cerrado que está en serie con la bobina de K2. K2 no puede activarse hasta que se vuelva a cerrar ese contacto, para lo que hay que apagar K1 mediante el paro.

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Automatización eléctrica Maniobras básicas 

Arranque directo de un motor trifásico con doble sentido de giro:

CONTACTOR GIRO IZQ.

FUSIBLES

PULSADOR DE MARCHA IZQ.

PULSADOR DE PARO PULSADOR DE MARCHA DRCH.

CONTACTOR GIRO DRCH. RELÉ TÉRMICO

MOTOR TRIFÁSICO

Esquema de Potencia 36

Esquema de Mando

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Automatización eléctrica Maniobras básicas Dos relés incompatibles sin pasar por paro:

 

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En este caso sí se puede pasar de la activación de un relé a otro sin pasar previamente por paro.

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Automatización eléctrica Temporiza...