*3UHGH '6FKRO]
(OHFWURQHXPiWLFD
Nº de artículo. 90 877 Descripción E.PNEUM.GS.LBH. Denominación D.LB-TP201-ES Edición 01/2001 Gráficos D. Schwarzenberger Editores Dr. F. Ebel
Autores G. Prede, D. Scholz
Traducción I. Sahun
Layout OCKER Ingenieurbüro
© Copyright by Festo Didactic GmbH & Co., D-73770 Denkendorf 1999 Sin nuestra expresa autorización, queda terminantemente prohibida la reproducción total o parcial de este documento, así como su uso indebi-do y/o su exhibición o comunicación a terceros. De los infractores se exigirá el correspondiente resarcimiento de daños y perjuicios. Quedan reservados todos los derechos inherentes, en especial los de patentes, de modelos registrados y estéticos
Parte de esta publicación puede ser duplicada para fines exclusiva-mente didácticos. por personas autorizadas en este sentido.
&RQWHQLGR &RQWHQLGR 3UHIDFLR &DStWXOR± ,QWURGXFFLyQ 1.1 Aplicaciones de la neumática... 6
1.2 Términos básicos de ingeniería de control ... 8
1.3 Sistemas de control neumáticos y electroneumáticos ... 14
1.4 Ventajas de los controles electroneumáticos... 17
&DStWXOR± )XQGDPHQWRVGHODHOHFWULFLGDG 2.1 Corriente continua y corriente alterna ... 20
2.2 La ley de Ohm ... 22
2.3 Función de un solenoide ... 24
2.4 Función de un condensador... 26
2.5 Función de un diodo ... 27
2.6 Mediciones en circuitos eléctricos... 28
&DStWXOR± &RPSRQHQWHV\FRQMXQWRVGHODVHFFLyQGH FRQWUROGHVHxDOHVHOpFWULFDV 3.1 Fuente de alimentación ... 36
3.2 Pulsadores y selectores ... 37
3.3 Sensores para medición del desplazamiento y la presión... 39
3.4 Relés y contactores ... 49
3.5 Controles lógicos programables... 55
&RQWHQLGR
&DStWXOR± 9iOYXODVGLVWULEXLGRUDVDFFLRQDGDVHOpFWULFDPHQWH
4.1 Funciones ... 60
4.2 Construcción y modo de funcionamiento ... 62
4.3 Tipos de electroválvulas y datos de rendimiento ... 74
4.4 Datos característicos de las bobinas... 83
4.5 Conexión eléctrica de bobinas de solenoide... 86
&DStWXOR± 'HVDUUROORGHXQVLVWHPDGH FRQWUROHOHFWURQHXPiWLFR 5.1 Procedimiento para desarrollar un sistema de control... 90
5.2 Procedimiento para el diseño del proyecto ... 92
5.3 Aplicación de ejemplo: proyecto de un dispositivo elevador... 96
5.4 Procedimiento para instalar el sistema de control ... 109
&DStWXOR± 'RFXPHQWDFLyQGHXQVLVWHPD GHFRQWUROHOHFWURQHXPiWLFR 6.1 Diagrama de desplazamiento... 115
6.2 Diagrama secuencial de funciones ... 119
6.3 Esquema del circuito neumático ... 127
6.4 Esquema del circuito eléctrico... 144
6.5 Esquema de conexiones de los terminales... 158
&DStWXOR± 0HGLGDVGHVHJXULGDGHQORVVLVWHPDV GHFRQWUROHOHFWURQHXPiWLFR 7.1 Peligros y medidas de protección ... 170
7.2 Efectos de la corriente eléctrica en el cuerpo humano ... 172
7.3 Medidas para protección contra accidentes con la corriente eléctrica . 175 7.4 Panel de control y elementos indicadores... 176
&RQWHQLGR
&DStWXOR± 6LVWHPDVGHFRQWUROSRUUHOpV
8.1 Aplicaciones de sistemas de control por relés en electroneumática .... 186
8.2 Control directo e indirecto ... 186
8.3 Operaciones lógicas ... 189
8.4 Memorización de señales... 192
8.5 Temporización ... 198
8.6 Control secuencial con memorización de señal por válvulas de doble solenoide ... 199
8.7 Circuito para evaluación de elementos de control ... 208
8.8 Ejemplo: Control secuencial para un dispositivo elevador... 211
&DStWXOR ± 'LVHxRGHORVPRGHUQRVVLVWHPDV GHFRQWUROHOHFWURQHXPiWLFR 9.1 Tendencias y desarrollos en electroneumática... 236
9.2 Actuadores neumáticos ... 237
9.3 Sensores... 245
9.4 Procesamiento de señales ... 246
9.5 Válvulas distribuidoras... 247
9.6 Modernos conceptos de instalación ... 251
9.7 Ahorro en la instalación de tubos ... 262
9.3 Ahorro en el cableado ... 264
9.9 Neumática proporcional ... 271
$SpQGLFH Índice ... 281
3UHIDFLR
3UHIDFLR
La electroneumática se utiliza con éxito en muchas áreas de la automa-tización industrial. La mayoría de los sistemas de producción, montaje y embalaje de todo el mundo están accionados por sistemas de control electroneumático.
Los cambios en los requerimientos, junto con los avances técnicos han tenido un impacto considerable en el aspecto de los controles. En la sección de control de las máquinas, los relés han ido sustituyéndose por controles lógicos programables para cumplir con la creciente demanda de una mayor flexibilidad. Los modernos controles electroneumáticos también plantean nuevos conceptos en la sección de potencia para cumplir con las necesidades de la práctica industrial actual. Ejemplos de esta tendencia son los terminales de válvulas, las redes con bus de campo y la neumática proporcional.
En la introducción de este tema, este libro de texto presenta primero la estructura y el modo de funcionamiento de los componentes utilizados para desarrollar un sistema de control electroneumático. A continuación, los siguientes capítulos enfocan el aspecto de planificación del proyecto y la realización de controles electroneumáticos utilizando diversos ejemplos. Finalmente, el último capítulo trata de las tendencias y desa-rrollos en Electroneumática.
Sus comentarios sobre este libro serán bien recibidos y nos compro-metemos a considerar sus sugerencias, críticas e ideas de mejora.
&DStWXOR
&DStWXOR
,QWURGXFFLyQ
&DStWXOR
$SOLFDFLRQHVGHODQHXPiWLFD
La neumática trata del uso del aire comprimido. En muchos casos, el aire comprimido se utiliza para realizar trabajos mecánicos, es decir, para producir movimiento y para generar fuerzas. Los accionamientos neumáticos tienen la tarea de convertir en movimiento la energía alma-cenada en el aire comprimido.
Los cilindros (denominados también en ocasiones 'actuadores') son los accionamientos neumáticos más utilizados. Se caracterizan por su ro-busta construcción, una amplia gama de tipos, instalación sencilla y una buena relación precio/prestaciones. Por todas estas ventajas, la neumá-tica se utiliza en un amplio campo de aplicaciones.
)LJ &LOLQGUROLQHDOQHXPiWLFR\ DFWXDGRUJLUDWRULR QHXPiWLFR
&DStWXOR
Algunas de las muchas aplicaciones de la neumática son:
n Manipulación de piezas (operaciones de sujeción, posicionamiento, separación, apilado, rotación)
n Envase y embalaje
n Llenado
n Apertura y cierre de puertas (p. ej. de autobuses y trenes)
n Conformado de metales (embutido y prensado)
n Estampación
En la estación de proceso de la Fig. 1.2, la mesa de indexación girato-ria, los dispositivos de alimentación, sujeción y expulsión y los acciona-mientos para las diversas herramientas son neumáticos.
(MHPSORGHDSOLFDFLyQ
)LJ
&DStWXOR
7pUPLQRVEiVLFRVGHLQJHQLHUtDGHFRQWURO
Los accionamientos neumáticos sólo pueden realizar trabajo de forma útil si sus movimientos son precisos y se realizan en el momento ade-cuado y en la secuencia correcta. La coordinación de la secuencia de movimiento es la tarea que realiza el control.
La ingeniería de control trata del diseño y estructura de los controles. La siguiente sección trata de los términos básicos utilizados en ingeniería de control.
Control – control en bucle abierto – es el proceso que se realiza en un sistema en el que una o más variables en forma de variables de entrada ejercen su influencia sobre otras variables en forma de variables de sa-lida, de acuerdo con las leyes que caracterizan al sistema. La caracte-rística que distingue al control en bucle abierto es la secuencia abierta de la acción, a través de los elementos de transferencia individuales o la cadena de control.
El término 'control en bucle abierto' se utiliza ampliamente no tan sólo por el proceso de control, sino también para la planta como conjunto.
Un dispositivo cierra botes metálicos con una tapa. El proceso de cierre se inicia accionando un pulsador en el puesto de trabajo. Al soltar el pulsador, el cilindro que ha efectuado el cierre regresa a su posición de origen.
En este control, el estado del pulsador (accionado / no accionado) es la variable de entrada. La posición del cilindro de cierre es la variable de salida. El bucle de control es 'abierto' puesto que la variable de salida (posición del cilindro) no tiene influencia en la variable de entrada (posi-ción del pulsador).
&RQWURO ',1 3DUWH
&DStWXOR
Los controles deben evaluar y procesar la información (por ejemplo, pulsador presionado/no presionado). La información se representa por señales. Una señal es una variable física, por ejemplo:
n La presión en un determinado punto de un sistema neumático
n La tensión en un determinado punto de un circuito eléctrico
)LJ
'LVSRVLWLYRGHPRQWDMHSDUD WDSDVHQERWHV
&DStWXOR 1 0 1 0 1 0 0 No 2 2 2 3 3 3 4 4 4 1 Sí 5 5 5 bar 6 6 7 7 7 Presión Posición de la aguja Indicación Presión 6HxDOYDULDEOHItVLFD ,QIRUPDFLyQ D $QDOyJLFD E 'LJLWDO F %LQDULD Tiempo Tiempo Tiempo Tiempo 0 12 3 4 56 7 8 Presión bar Presión de alimentación
3
)LJ 6HxDOHLQIRUPDFLyQ&DStWXOR
Una señal es la representación de una información. La representación se hace por medio del valor o del recorrido del valor de la variable física. Una señal analógica es una señal en la cual la información está asigna-da punto a punto a un margen de valor continuo del parámetro de la señal (DIN 19226, Parte 5).
En el caso de un manómetro, cada valor de presión (parámetro de in-formación) está asignado a un determinado valor mostrado (= informa-ción). Si la señal sube o baja, la información cambia continuamente.
Una señal digital es una señal con un número finito de márgenes de valores del parámetro de información. Cada margen de valores está asignado a un elemento específico de información (DIN 19226, Parte 5). Un sistema de medición de presión con un display digital muestra la presión en incrementos de 1 bar. Para un margen de presión de 7 bar, hay 8 posibles indicaciones de valor (de 0 a 7 bar). Es decir, hay ocho posibles márgenes de valor para el parámetro de información. Si la se-ñal sube o baja, la información cambia en incrementos.
Una señal binaria es una señal digital con sólo dos márgenes de valores para el parámetro de información. Estos se denominan normalmente '0' y '1' (DIN 19226, Parte 5).
Un piloto de control indica si un sistema neumático está correctamente alimentado con aire comprimido. Si la presión de alimentación (= señal) está por debajo de 5 bar, el piloto de control se apaga (estado 0). Si la presión está por encima de 5 bar, el piloto de control se enciende (esta-do 1). 6HxDODQDOyJLFD (MHPSORGHDSOLFDFLyQ 6HxDOGLJLWDO (MHPSORGHDSOLFDFLyQ 6HxDOELQDULD (MHPSORGHDSOLFDFLyQ
&DStWXOR
Los controles pueden dividirse en diferentes categorías según el tipo de representación de la información en controles analógicos, digitales y binarios (DIN 19226, Parte 5).
Controles Controles analógicos Controles digitales Controles binarios
Un control lógico genera señales de salida a través de la asociación lógica de señales de entrada.
El dispositivo de montaje de la Fig. 1.3 se amplía para que pueda ser accionado desde dos posiciones. Las dos señales de entrada se enla-zan. El cilindro avanza tanto si se presiona el pulsador 1, el 2, o ambos.
Un control secuencial se caracteriza por su funcionamiento paso a pa-so. Un paso sólo puede ejecutarse cuando se ha cumplido el anterior y además se cumplen ciertos criterios.
Estación de taladrado. El primer paso es la sujeción de la pieza de tra-bajo. Así que el émbolo ha alcanzado la posición final delantera, este paso ha sido completado. El segundo paso es avanzar el taladro. Una vez completado este movimiento (vástago del cilindro de avance de la broca en posición final delantera), se ejecuta el tercer paso, y así suce-sivamente. &ODVLILFDFLyQGHORV FRQWUROHVSRUHOWLSRGH UHSUHVHQWDFLyQGHOD LQIRUPDFLyQ )LJ &ODVLILFDFLyQGHORV FRQWUROHVSRUHOWLSRGH UHSUHVHQWDFLyQGHOD LQIRUPDFLyQ &RQWUROOyJLFR (MHPSORGHDSOLFDFLyQ &RQWUROVHFXHQFLDO (MHPSORGHDSOLFDFLyQ
&DStWXOR
Un control puede ser dividido en las funciones de entrada de señales, procesamiento de las señales, salida de la señal y ejecución de las ór-denes. La influencia mutua de estas funciones se muestra en el diagra-ma de desplazamiento de las señales.
n Las señales de entrada se combinan con funciones lógicas (proce-samiento de las señales). Las señales de entrada son de muy baja potencia, así como su procesamiento. Ambas funciones son parte de la sección de control de las señales.
n En la etapa de salida de la señal, las señales se amplifican de baja a alta potencia. La salida de la señal forma el enlace entre la sección de señales de control y la sección de potencia.
n La ejecución de la orden se realiza en nivel de potencia – es decir, para conseguir elevadas velocidades (por ejemplo, para la rápida ex-pulsión de la pieza de una máquina) o para ejercer una elevada fuer-za (por ejemplo, para un prensado). La ejecución de la orden perte-nece a la sección de potencia de un sistema de control.
Ejecución de la orden Señal de salida Procesamiento de las señales Entrada de señales Sección de potencia
Sección de control de las señales
Los componentes en el esquema de un circuito de un control puramente neumático deben disponerse de forma que quede claro el flujo de las señales. De abajo hacia arriba: elementos de entrada (tales como las válvulas de accionamiento manual), elementos de enlace lógico (tales
)OXMRGHVHxDOHVHQ XQVLVWHPDGHFRQWURO
)LJ
)OXMRGHVHxDOHVHQ XQVLVWHPDGHFRQWURO
&DStWXOR
6LVWHPDVGHFRQWUROQHXPiWLFRV\HOHFWURQHXPiWLFRV
Tanto los controles neumáticos como los electroneumáticos tienen una sección de potencia neumática (Véase Fig. 1.7 y 1.8). La sección de control de señales varía según el tipo.
n En un control neumático se utilizan componentes de mando neumáti-cos, es decir, varios tipos de válvulas, secuenciadores, barreras de aire, etc.
n En un control electroneumático, la sección de control se realiza con componentes eléctricos, por ejemplo, con pulsadores de entrada eléctricos, detectores de proximidad, relés o con un control lógico programable.
Las válvulas distribuidoras forman el interface entre la sección de con-trol de señales y la sección de potencia neumática en ambos tipos de control.
)LJ )OXMRGHVHxDOHV\ FRPSRQHQWHVGHXQVLVWHPD GHFRQWUROQHXPiWLFR
&DStWXOR )LJ )OXMRGHVHxDOHV\ FRPSRQHQWHVGHXQVLVWHPD GHFRQWUROHOHFWURQHXPiWLFR
&DStWXOR
A diferencia de los sistemas de control puramente neumáticos, los sis-temas electroneumáticos no se representan en un sólo esquema del circuito, sino en dos circuitos separados – uno para la parte eléctrica y otro para la parte neumática. Por esta razón, el flujo de señales no se desprende inmediatamente de la disposición de los componentes en todo el esquema del circuito.
La Fig. 1.9 muestra la estructura y modo de funcionamiento de un con-trol electroneumático.
n La sección de control de las señales eléctricas conmuta las electro-válvulas distribuidoras.
n Las válvulas distribuidoras controlan el avance y retroceso de un ci-lindro neumático.
n La posición del émbolo se transmite en forma de señal eléctrica a la sección de control por medio de los detectores de proximidad.
(VWUXFWXUD\PRGR GHIXQFLRQDPLHQWR GHXQFRQWURO HOHFWURQHXPiWLFR )LJ (VWUXFWXUDGHXQPRGHUQR FRQWUROHOHFWURQHXPiWLFR
&DStWXOR
9HQWDMDVGHORVFRQWUROHVHOHFWURQHXPiWLFRV
Los controles electroneumáticos tienen las siguientes ventajas frente a los sistemas de control neumáticos:
n Alta fiabilidad (menos piezas móviles sujetas a desgaste).
n Menor esfuerzo de planificación y puesta a punto, en especial para controles complejos.
n Menores costes de instalación, en especial cuando se utilizan com-ponentes modernos, tales como los terminales de válvulas.
n Fácil intercambio de información entre varios controles.
Los controles electroneumáticos se han afirmado en la práctica indus-trial moderna, con lo que la utilización de sistemas de control puramente neumáticos ha quedado limitada a aplicaciones de características espe-cíficas (p. ej. en entornos con riesgo de explosión o de incendio, etc.).
&DStWXOR
&DStWXOR
&DStWXOR
&DStWXOR
&RUULHQWHFRQWLQXD\FRUULHQWHDOWHUQD
Un circuito eléctrico simple consiste en una fuente de tensión, una carga y líneas de conexión.
Físicamente, los portadores de carga – los electrones – se mueven a través del circuito eléctrico a través de los conductores eléctricos desde el polo negativo de la fuente de tensión hacia el polo positivo. Este mo-vimiento de portadores de carga se denomina corriente eléctrica. La corriente sólo puede circular si el circuito está cerrado.
Hay dos tipos de corriente – corriente continua y corriente alterna:
n Si la fuerza electromotriz de un circuito eléctrico transcurre siempre en el mismo sentido, la corriente siempre fluye también en el mismo sentido. Esto se denomina corriente continua (CC en Español o DC como denominación universal en Inglés), o en general un circuito CC.
n En el caso de un circuito de corriente alterna (CA en Español o AC como denominación universal en Inglés), la tensión y la intensidad cambian de sentido y de potencial a determinados períodos de tiem-po.
Intensidad I Tiempo t Intensidad I Tiempo t
&RUULHQWHFRQWLQXD &RUULHQWHDOWHUQD
)LJ &RUULHQWHFRQWLQXD\ FRUULHQWHDOWHUQDWUD]DGDV HQUHODFLyQDOWLHPSR
&DStWXOR
La Fig. 2.2 muestra un circuito sencillo de CC consistente en una fuente de tensión, líneas eléctricas, un interruptor de control y una carga (aquí una lámpara piloto).
Cuando se cierra el circuito de control, la corriente fluye a través de la carga. Los electrones se mueven desde el polo negativo al positivo de la fuente de tensión. El sentido del flujo de “positivo” a “negativo” se plan-teó antes de que se descubriera la existencia de los electrones. Esta definición aún se utiliza en la práctica actualmente. Se denomina el VHQWLGRWpFQLFR del flujo de la corriente.
)LJ &LUFXLWR&&
6HQWLGRWpFQLFRGHO IOXMRGHODFRUULHQWH
&DStWXOR
/DOH\GH2KP
La corriente eléctrica es el flujo de portadores de carga en un determi-nado sentido. La corriente sólo puede fluir en un material que disponga de un número suficiente de electrones libres. Los materiales que cum-plen con estos criterios se denominan conductores eléctricos. Los mate-riales tales como el cobre, el aluminio y la plata son normalmente bue-nos conductores de la electricidad.
Todos los materiales ofrecen una resistencia a la corriente eléctrica. Esto lo produce cuando los electrones que se mueven libremente cho-can con los átomos del material conductor, inhibiendo su movimiento. La resistencia es baja en los conductores eléctricos. Los materiales con una resistencia especialmente alta se denominan aislantes. Los mate-riales basados en la goma y los plásticos se utilizan para aislamiento de hilos y de cables eléctricos.
El polo negativo de una fuente de tensión tiene un exceso de electro-nes. El polo positivo tiene déficit de electroelectro-nes. Esta diferencia produce una fuente de IHP (fuerza electromotriz).
La ley de Ohm expresa la relación entre la tensión (o Voltaje), la intensi-dad y la resistencia. Plantea que en un circuito de una determinada re-sistencia, la intensidad es proporcional a la tensión, es decir:
n Si aumenta la tensión, aumenta la intensidad.
n Si disminuye la tensión, disminuye la intensidad.
V = Voltaje; Unidad: Volt (Voltio) (V) V = RÂI R = Resistencia; Unidad: Ohm (Ohmio) (Ω)
I = Intensidad Unidad: Ampere (Amperio) (A)
&RQGXFWRUHVHOpFWULFRV 5HVLVWHQFLDHOpFWULFD )XHU]DHOHFWURPRWUL] /DOH\GH2KP )LJ /H\GH2KP
&DStWXOR
En mecánica, la potencia puede definirse a través del trabajo. Cuando más rápido se hace un trabajo, mayor es la potencia necesaria. Así que la potencia es “el trabajo dividido por el tiempo”
En el caso de una carga en un circuito eléctrico, la energía eléctrica se convierte en energía cinética (por ejemplo en un motor eléctrico), en luz (en una lámpara eléctrica) o en energía térmica (como en un calentador eléctrico, una lámpara eléctrica), Cuanto más rápidamente se convierte la energía, tanto mayor es la potencia eléctrica. Aquí también la po-tenbcia significa energía convertida por unidad de tiempo. La potencia aumenta con la intensidad y con el voltaje.
La potencia eléctrica de una carga de denomina también la potencia eléctrica absorbida.
P = Potencia; Unidad: Watt (Watio) (W) P= ⋅V I V = Voltaje; Unidad: Volt (Voltio) (V)
I = Intensidad; Unidad: Ampere (Amperio) (A)
Potencia de una bobina
La bobina del solenoide de una electroválvula se alimenta con 24 V CC. La resistencia de la bobina es de 60 Ohm. ¿Cuál es la potencia?
La intensidad se calcula por medio de la ley de Ohm:
I V R V A = = 24 = 60Ω 0 4.
La potencia eléctrica es el producto de la intensidad y el voltaje: P= ⋅ =V I 24V⋅0 4. A=9 6. W
3RWHQFLDHOpFWULFD
)LJ
3RWHQFLDHOpFWULFD
&DStWXOR
)XQFLyQGHXQVROHQRLGH
Cuando una corriente eléctrica atraviesa un conductor, se induce un campo magnético. La fuerza del campo magnético es proporcional a la intensidad de la corriente. Los campos magnéticos atraen el hierro, el níquel y el cobalto. La atracción aumenta con la fuerza del campo mag-nético.
I
I Bobina con núcleo de aire Bobina con núcleo de hierro
y entrehierro de aire
Un solenoide tiene la siguiente estructura:
n El conductor de corriente es devanado en forma de bobina. El sola-pamiento de las líneas de fuerza de todos los bucles, hace aumentar la fuerza del campo magnético resultante en el sentido principal del campo.
n En el centro se sitúa un núcleo de hierro. Cuando fluye la corriente, el hierro se magnetiza también. Esto permite que se induzca un campo magnético significativamente mayor con la misma intensidad (en comparación con una bobina con núcleo de aire).
Estas dos medidas aseguran que un solenoide ejerce una gran fuerza en los materiales férricos (= que contienen hierro)
)LJ %RELQDHOpFWULFD\OtQHDV GHIXHU]DPDJQpWLFDV
(VWUXFWXUDGHXQ VROHQRLGH
&DStWXOR
En los mandos electroneumáticos, los solenoides se utilizan preferen-temente para controlar la conmutación de válvulas, relés y contactores. Una muestra de ello son las válvulas de control distribuidoras con muelle de retorno:
n Si fluye corriente a través de la bobina del solenoide, se activa el émbolo de la válvula.
n Si se interrumpe la circulación de la corriente, un muelle devuelve el émbolo de la válvula a su posición inicial.
Si se aplica una tensión alterna a una bobina, circulará una corriente alterna (véase Fig. 2.1). Esto significa que la intensidad y el campo magnético están cambiando constantemente. El cambio en el campo magnético induce una corriente en la bobina. la corriente inducida se opone a la corriente que ha inducido el campo magnético. Por esta ra-zón, una bobina ofrece una "resistencia" a una corriente alterna. Esta se denomina reactancia. La reactancia aumenta con la frecuencia de la tensión y la inductancia de la bobina. La inductancia se mide en Henrios (H):
1H 1Vs 1
A s
= = Ω
En el caso de circuitos de corriente continua, la intensidad, el voltaje y el campo magnético sólo cambian cuando se interrumpe la corriente. Por esta razón , la reactancia sólo se aplica cuando se cierra el circuito (se aplica tensión).
Además de la reactancia, una bobina tiene resistencia óhmica. Esta resistencia se aplica tanto a los circuitos de CA como de CC.
$SOLFDFLRQHVGHORV VROHQRLGHV 5HDFWDQFLDHQ FLUFXLWRVGH&$ 5HDFWDQFLDHQ FLUFXLWRVGH&&
&DStWXOR
)XQFLyQGHXQFRQGHQVDGRU
Un condensador consiste en dos placas metálicas con una capa ais-lante (dieléctrica) entre ellas. Si el condensador se conecta a una fuente de tensión CC (cerrando el interruptor S1 en la Fig. 2.6), fluye momen-táneamente una corriente de carga. Por ello, se cargan eléctricamente ambas placas. Si entonces se interrumpe el circuito, la carga permane-ce almapermane-cenada en el condensador. Cuanto mayor es la capacitancia de un condensador , tanto mayor será la carga eléctrica que puede alma-cenar para una determinada tensión.
La capacitancia de mide en Faradios (F):
1F 1As V
=
Si un condensador cargado se conecta a un consumidor (cerrando el interruptor S2 en la Fig. 2.6, el condensador se descarga. La corriente fluye a través de la carga hasta que el condensador se descarga total-mente.
Corriente de carga Corriente de descarga
S2 S1 mA mA V )LJ )XQFLyQGHXQFRQGHQVDGRU
&DStWXOR
)XQFLyQGHXQGLRGR
Los diodos son componentes eléctricos que dejan fluir la corriente en un sólo sentido:
n En el sentido del flujo, la resistencia es tan baja, que la corriente puede circular sin resistencia alguna.
n En el sentido inverso, la resistencia es tan alta que la corriente no puede circular.
Si se inserta un diodo en un circuito de CA, la corriente sólo puede cir-cular en un sentido. la corriente se rectifica
El efecto de un diodo en un circuito eléctrico es comparable al efecto de una válvula de antirretorno en un circuito neumático.
V I R Tiempo t Voltaje V Intensidad I )LJ )XQFLyQGHXQGLRGR
&DStWXOR
0HGLFLRQHVHQFLUFXLWRVHOpFWULFRV
Medir significa comparar una variable desconocida (por ejemplo, la po-sición del vástago de un cilindro) con una variable conocida (por ejem-plo, la escala de una cinta métrica). Un dispositivo de medición (en el ejemplo, una regla) permite hacer tales mediciones. El resultado – el valor medido – consiste en un valor numérico y una unidad (por ejem-plo, 30,4 cm).
La intensidad, la tensión y la resistencia se miden normalmente con multímetros. Estos instrumentos pueden ajustarse para diversas moda-lidades de medición:
n Intensidad y tensión CA, intensidad y tensión CC
n Intensidad, tensión y resistencia
El multímetro sólo puede medir correctamente si se ajusta a la modali-dad de medición adecuada.
Los dispositivos para medir la tensión se denominan también voltíme-tros. Los dispositivos para medir la intensidad se denominan también amperímetros. + _ C x A A / m A C O M ! 1 0 A u ! 4 0 0 m A M A X 5 0 0 V M A X ! 7 5 0 V 1 00 0V . . . . . V T T L O F F A m A m V V n F F u A u T T L D A T A H O L D P E A K H O L D DC. . . . A C A U T O R A N G E _ + 0 1 0 2 0 3 0 4 0 D C V 0HGLFLyQ )LJ 0XOWtPHWUR
&DStWXOR
¡Antes de hacer ninguna medición, asegurarse de que el voltaje del equipo en el que se va a trabajar no sobrepasa los 24 V! Las medicio-nes en partes del equipo que funcionan a tensiomedicio-nes más elevadas (tales como 230 V) sólo deben ser realizadas por personas con la formación y conocimientos adecuados. Los métodos de medición incorrectos pue-den poner en riesgo la vida humana. Por favor, léanse las precauciones de seguridad en los capítulos 3 y 7.
Cuando haga mediciones en un circuito eléctrico, siga los siguientes pasos.
n Desconecta la fuente de tensión del circuito.
n Ajuste el multímetro a la modalidad deseada (Voltímetro o Amperí-metro, CA o CC, Resistencia)
n Verifique el punto cero en los instrumentos de aguja. Ajústelo si es necesario.
n Cuando mida tensión o intensidad en CC, verifique la correcta polari-dad. (La punta "+" del instrumento, debe unirse al polo positivo de la fuente de tensión).
n Seleccione la escala mayor.
n Conecte la fuente de tensión.
n Observe la aguja o el display y vaya bajando a escalas inferiores.
n Registre la medición para la mayor desviación de la aguja (margen de medición menor).
n En los instrumentos de aguja, mire siempre perpendicularmente a la aguja para evitar los errores de paralaje.
£3HOLJUR
3URFHGLPLHQWRSDUD PHGLFLRQHVHQ FLUFXLWRVHOpFWULFRV
&DStWXOR
Para la medición de tensiones, el dispositivo medidor (voltímetro) se conecta en paralelo a la carga. La caída de tensión a través de la carga corresponde a la caída de tensión a través del dispositivo de medición. Todo voltímetro tiene una resistencia interna. Para evitar una medición poco precisa, la corriente que fluye a través del voltímetro debe ser lo más pequeña posible, así que la resistencia interna del voltímetro debe ser lo más alta posible
H V
Voltímetro V
Para la medición de la intensidad, el dispositivo de medición (amperí-metro), se conecta en serie con la carga. Toda la corriente fluye a través del dispositivo
Cara amperímetro tienen su resistencia interna. Para minimizar el error de medición, la resistencia del amperímetro debe ser lo más pequeña posible. H A Amperímetro V 0HGLFLyQGHWHQVLyQ )LJ 0HGLFLyQGHODWHQVLyQ 0HGLFLyQGHOD LQWHQVLGDG )LJ 0HGLFLyQGHODLQWHQVLGDG
&DStWXOR
La resistencias de una carga en un circuito CC puede medirse directa-mente o bien indirectadirecta-mente.
n Las mediciones indirectas miden la intensidad que atraviesa la carga y la tensión entre los extremos de la carga (Fig. 2.11a). Las dos mediciones pueden hacerse simultáneamente o una tras otra. La resistencia en este caso se mide utilizando la ley de Ohm.
n Para la medición directa, la carga se separa del resto del circuito (Fig. 2.11b). El dispositivo de medición (óhmetro) se ajusta al modo de medición de resistencias y se conecta a los terminales de la car-ga. El display indica el valor de la resistencia.
Si la carga es defectuosa (por ejemplo, la bobina magnética de una vál-vula está quemada), la medición de la resistencia o bien produce un valor cero (cortocircuito) o un valor infinito (circuito abierto).
$WHQFLyQ Para las mediciones de la resistencia de una carga en circuitos de AC, debe usarse el método directo.
Intensidad I H H V V A Voltaje V R = V I 0HGLFLyQGHOD UHVLVWHQFLD )LJ 0HGLFLyQGHODUHVLVWHQFLD
&DStWXOR
Los instrumentos de medida no pueden medir voltaje, intensidad y re-sistencia con cualquier grado de precisión que se desee. El propio dis-positivo de medición influye en el circuito que está midiendo, y ningún dispositivo de medición puede indicar un valor absolutamente preciso. El error de indicación permisible de un instrumento se da en porcentaje del límite superior del margen efectivo. Por ejemplo, para un instru-mento con una precisión de 0,5, el error de indicación no puede exceder del 0,5% del valor superior del margen efectivo.
Error de indicación
Para medir la tensión de una pila, se utiliza un instrumento de medición de la Clase 1,5 . El margen de medición se establece una vez a 10 V y otra a 100 V. ¿Cuál es el error de indicación máximo permisible para los dos márgenes efectivos de medida?
Margen Error de indicación
permisible Error en porcentaje
V
10
0,15
V
100
1,5
V
10
⋅
=
100
1,66
%
V
9
0,15
⋅
=
V
100
1,5
V
100
1,5
V
100
⋅
=
100
16,6
%
V
9
1,5
⋅
=
El ejemplo muestra claramente que el error permisible es inferior para el margen menor. Además, el instrumento puede leerse con mayor preci-sión. Por esta razón, debe ajustarse a la escala menor posible.
)XHQWHVGHHUURU
(MHPSORGHDSOLFDFLyQ
7DEOD &iOFXORGHOHUURU GHLQGLFDFLyQ
&DStWXOR 0 0 5 5 10 10 100 100 50 50 0 0 10V 100V 10V 100V
9V
9V
Margen 10V Margen 100V )LJ 0HGLFLyQGHODWHQVLyQGH XQDSLOD DMXVWDQGR GLIHUHQWHVPiUJHQHV
&DStWXOR
&DStWXOR
&DStWXOR
&RPSRQHQWHV\FRQMXQWRVGHODVHFFLyQ
GHFRQWUROGHVHxDOHVHOpFWULFDV
&DStWXOR
)XHQWHGHDOLPHQWDFLyQ
La sección de control de señales en un mando electroneumático se ali-menta de potencia a través de la red principal. Para ello, el control tiene una fuente de alimentación (véase Fig. 3.1). Los conjuntos individuales de la fuente de alimentación tienen las siguientes tareas:
n El transformador reduce la tensión de funcionamiento. La tensión de la red (p. ej. 230 V) se aplica a la entrada del transformador. En la salida del transformador se dispone de una tensión más baja (p. ej. 24 V).
n El rectificador convierte la tensión de CA en tensión de CC. El con-densador en la salida del rectificador alisa la tensión.
n El regulador de tensión en la salida de la fuente de alimentación es necesario para asegurar que la tensión eléctrica permanece cons-tante independientemente del flujo de corriente.
Transformador Rectificador Estabilizador Fuente de alimentación
$WHQFLyQ Dada su elevada tensión de entrada, las fuentes de ali-mentación son parte de la instalación de potencia (según DIN/VDE 100). Deben observarse las normas de seguri-dad para las instalaciones de potencia. Las fuentes de alimentación sólo pueden ser manipuladas por personas autorizadas. )LJ 3DUWHVTXHFRPSRQHQXQD IXHQWHGHDOLPHQWDFLyQ SDUDXQPDQGR HOHFWURQHXPiWLFR 3UHFDXFLRQHV GHVHJXULGDG
&DStWXOR
3XOVDGRUHV\VHOHFWRUHV
Para aplicar una corriente a una carga o para interrumpir un circuito se utilizan interruptores. Según su comportamiento, estos interruptores se dividen en pulsadores y selectores.
n Los selectores son interruptores que quedan mecánicamente encla-vados en la posición seleccionada. La posición de conmutación per-manece inalterable hasta que se selecciona la otra posición. Ejem-plo: Selector de modo Automático/Manual.
n Los pulsadores son interruptores que sólo mantienen la posición de accionamiento mientras el interruptor está activado (presionado). Ejemplo: Pulsador de Marcha.
En el caso de un interruptor normalmente abierto, el circuito se halla abierto mientras el interruptor se halle en su posición inicial (no accio-nado). El circuito se cierra presionando el pulsador – la corriente fluye hacia la carga. Cuando se libera la leva, el muelle devuelve el interrup-tor a su posición inicial, interrumpiendo el circuito.
3 4 Forma de accionamiento (pulsador) Contacto interior Contacto exterior ,QWHUUXSWRU QRUPDOPHQWHDELHUWR )LJ &RQWDFWRQRUPDOPHQWH DELHUWR ±VHFFLyQ\VtPEROR
&DStWXOR
En este caso, el circuito está cerrado cuando el interruptor se halla en su posición inicial. El circuito se interrumpe presionando el pulsador.
1 2 Contacto exterior Forma de accionamiento (pulsador) Contacto interior
El interruptor conmutador combina las funciones de los contactos nor-malmente abierto y nornor-malmente cerrado en un sólo dispositivo. Los interruptores conmutadores se utilizan para cerrar un circuito y abrir otro en una sola operación. Ambos circuitos se abren o se cierran momentá-neamente durante la conmutación (según el solapamiento).
4 1 2 Contacto (cerrado en reposo) Contacto (abierto en reposo) Contactos interiores Tipo de accionamiento (Pulsador) ,QWHUUXSWRU QRUPDOPHQWHFHUUDGR )LJ &RQWDFWR QRUPDOPHQWHFHUUDGR ±VHFFLyQ\VtPEROR ,QWHUUXSWRU FRQPXWDGRU )LJ ,QWHUUXSWRUFRQPXWDGRU ±VHFFLyQ\VtPEROR
&DStWXOR
6HQVRUHVSDUDPHGLFLyQGHOGHVSOD]DPLHQWR\ODSUHVLyQ
Los sensores tienen la tarea de medir información y transferirla a la parte de procesamiento de las señales de forma que pueda ser fácil-mente procesada. En los mandos electroneumáticos, los sensores se utilizan principalmente para las siguientes tareas:
n Para detectar la posición avanzada o retraída del vástago en cilin-dros neumáticos
n Para detectar la presencia y posición de las piezas
n Para medir y supervisar la presión
Los finales de carrera se activan cuando una parte de la máquina o una pieza se hallan en una determinada posición. Normalmente, el accio-namiento se realiza por medio de una leva. Normalmente los finales de carrera son contactos conmutadores. Por esta razón pueden conectarse –según se necesite– como contactos normalmente abiertos, contactos normalmente cerrados o contactos conmutadores.
1 5 6 4 Contacto (normalmente cerrado) 1 Muelle 2 Cuerpo
3 Leva de apertura positiva 4 Pasador de guía 5 Muelle de acción brusca 6 Muelle de presión de contacto 7 Contacto interno 7 Contacto (normalmente abierto) 2 3 4 1 2
Contacto conmutador Contacto normalmente abierto Contacto normalmente cerrado )LQDOHVGHFDUUHUD )LJ )LQDOGHFDUUHUDPHFiQLFR FRQVWUXFFLyQ\SRVLELOLGDGHV GHFRQH[LyQ
&DStWXOR
A diferencia de los finales de carrera mecánicos, los detectores de pro-ximidad funcionan sin contactos internos y sin que haya una fuerza ex-terna que los accione.
Por ello, los detectores de proximidad tienen una larga vida útil y una elevada fiabilidad de conmutación. Hay que distinguir entro los siguien-tes tipos de detectores de proximidad:
n Detectores Reed (con contacto interno)
n Detectores de proximidad inductivos
n Detectores de proximidad capacitivos
n Detectores de proximidad ópticos
Los detectores Reed son sensores de proximidad accionados magnéti-camente. Consisten en dos contactos Reed dentro de un tubo de cristal con gas inerte. El campo de un imán hace que los contactos se cierren, permitiendo que fluya la corriente. En los detectores Reed que actúan como contactos normalmente cerrados los contactos Reed se cierran por pequeños imanes. Este campo magnético es anulado por el campo magnético considerablemente mayor de los imanes de conmutación. Los detectores Reed tienen una larga vida útil y tiempos de conmuta-ción muy rápidos (aprox. 0,2 ms). Están libres de mantenimiento, y no deben utilizarse en entornos sujetos a potentes campos magnéticos (por ejemplo, en las cercanías de soldadores por resistencia).
'HWHFWRUHVGH SUR[LPLGDG 'HWHFWRUHV5HHG )LJ 'HWHFWRU5HHG FRQWDFWRQRUPDOPHQWH DELHUWR
&DStWXOR
Los detectores de proximidad inductivos, capacitivos y ópticos son sen-sores electrónicos. Normalmente tienen tres hilos para su conexionado.
n Hilo para alimentación de tensión
n Hilo para la masa
n Hilo para la señal de salida
En estos sensores, no hay contactos internos que se muevan física-mente. En lugar de esto, la salida queda unida a la tensión de la ali-mentación o a la masa (= tensión de salida 0V).
Hay dos tipos de sensores electrónicos, en relación con la polaridad de la tensión de salida.
n En los sensores de conmutación a positivo (PNP), la tensión de sali-da es cero cuando no se detecta pieza. La proximisali-dad de una pieza o de una parte de la máquina hace conmutar la salida, aplicándole el positivo de la tensión de alimentación. En estos sensores, la carga se conecta entre la salida y el negativo
n En los sensores de conmutación a negativo (NPN) la tensión de sali-da también es cero cuando no se detecta pieza. La proximisali-dad de una pieza o de una parte de la máquina hace conmutar la salida, aplicándole el negativo de la tensión de alimentación. En estos sen-sores, la carga se conecta entre la salida y el positivo.
En ambos tipos de sensores, pueden haber ejecuciones con función de contacto normalmente abierto (no hay tensión cuando no hay pieza cu-briendo el sensor) o normalmente cerrado (hay tensión, positiva si es PNP y negativa si es NPN, cuando no hay pieza cubriendo el sensor).
6HQVRUHVHOHFWUyQLFRV
6HQVRUHVGH
FRQPXWDFLyQDSRVLWLYR \DQHJDWLYR
&DStWXOR
Un sensor de proximidad inductivo consiste en un oscilador eléctrico (1), un flip-flop (2) y un amplificador (3). Cuando se aplica una tensión, el oscilador genera un campo magnético alterno de alta frecuencia que se emite en la parte frontal del sensor. Si una pieza conductora de electri-cidad (p. ej. metálica) entra en este campo, el oscilador se atenúa. Un circuito consistente en un flip-flop y un amplificador evalúan el compor-tamiento del oscilador y emiten una señal de salida.
Los sensores de proximidad inductivos pueden utilizarse para la detec-ción de materiales conductores. Además de metales, esto incluye p. ej. el grafito. Metal Símbolo Principio de funcionamiento Diagrama de bloques 1 1 Oscilador 2 Flip-Flop 3 Amplificador 2 3 6HQVRUHVGH SUR[LPLGDGLQGXFWLYRV )LJ 6HQVRUGHSUR[LPLGDG LQGXFWLYR
&DStWXOR
Un sensor de proximidad capacitivo consiste en un condensador y una resistencia eléctrica que forman en conjunto un oscilador RC, y un cir-cuito para la evaluación de la frecuencia. Entre el ánodo y el cátodo del condensador se genera un campo electrostático. Se forma un campo de corrientes parásitas en el frente del sensor. Si se introduce un objeto en este campo, varía la capacidad del condensador. El oscilador se atenúa. El circuito que hay detrás conmuta la salida.
Los sensores de proximidad capacitivos no sólo reaccionan a materiales conductores (como los metales), sino también ante aislantes de gran rigidez dieléctrica (como plásticos, vidrio, cerámica, fluidos y madera).
Símbolo Principio de funcionamiento Diagrama de bloques 1 1 Oscilador 2 Flip-flop 3 Amplificador 2 3 6HQVRUGH SUR[LPLGDGFDSDFLWLYR )LJ 6HQVRUGHSUR[LPLGDG FDSDFLWLYR
&DStWXOR
Los sensores de proximidad ópticos utilizan medios ópticos y electróni-cos para la detección de objetos. Se utiliza luz roja o infrarroja. Los dio-dos semiconductores emisores de luz (LEDs) son fuentes de luz roja e infrarroja particularmente fiables. Son pequeños y robustos, tienen una larga vida útil y pueden modularse fácilmente. Los fotodiodos y fototran-sistores se utilizan como receptores. La luz roja tiene la ventaja que el rayo de luz puede verse durante el ajuste de los ejes ópticos del sensor de proximidad. También pueden utilizarse fibras ópticas de polímero dada la baja atenuación de la luz de su longitud de onda.
Hay que distinguir tres tipos diferentes de sensores de proximidad:
n Barreras de luz
n Sensores ópticos de retroreflexión
n Sensores ópticos de reflexión directa
La barrera de luz tiene el emisor y el receptor separados e indepen-dientes. Se disponen de forma tal que el rayo transmisor esté dirigido al receptor. La salida conmuta cuando se interrumpe el rayo de luz.
Emisor Receptor Símbolo Principio de funcionamiento Emisor Receptor 6HQVRUGH SUR[LPLGDGySWLFR %DUUHUDVGHOX] )LJ %DUUHUDGHOX]
&DStWXOR
En el sensor de retroreflexión, el emisor y el receptor están dispuestos en el mismo cuerpo. Exteriormente se instala un reflector catadióptrico de tal forma, que el rayo de luz emitido por el emisor se refleja casi por completo en el receptor. La salida conmuta cuando se interrumpe el rayo de luz. Símbolo Principio de funcionamiento Emisor Emisor Receptor Receptor Reflector catadióptrico Reflector catadióptrico
En el sensor de reflexión directa o sensor difuso, el emisor y el receptor están dispuestos en el mismo cuerpo. Si la luz del emisor choca contra un objeto mínimamente reflectante, es reflejada hacia el receptor que hace conmutar la salida. Por su principio de funcionamiento, los senso-res de reflexión directa sólo pueden utilizarse con determinados mate-riales relativamente reflectantes (p. ej. superficies pulidas o pintadas).
Símbolo Principio de funcionamiento Emisor Emisor Receptor Receptor 6HQVRUGH UHWURUHIOH[LyQ )LJ 6HQVRUGHUHWURUHIOH[LyQ 6HQVRUGHUHIOH[LyQ GLUHFWD )LJ 6HQVRUGHUHIOH[LyQGLUHFWD
&DStWXOR
Hay varios tipos de sensores sensibles a la presión:
n Presostatos con contacto mecánico (señal de salida digital)
n Presostatos con conmutación electrónica (señal de salida digital)
n Sensores electrónicos de presión con señal de salida analógica
En el presostato accionado mecánicamente, la presión actúa en la su-perficie de un cilindro. Si la presión sobrepasa la fuerza del muelle, el émbolo avanza y acciona el juego de contactos
6HQVRUHVGHSUHVLyQ
3UHVRVWDWRV PHFiQLFRV
)LJ 3UHVRVWDWR DFFLRQDGRSRUpPEROR
&DStWXOR
Los presostatos de diafragma adquieren cada vez más importancia. En lugar de accionar un contacto mecánico, la salida es conmutada elec-trónicamente. Unidos al diafragma se disponen sensores sensibles a la presión a la fuerza. La señal del sensor es evaluada por un circuito electrónico. Así que la presión sobrepasa un cierto valor, la salida con-muta.
El diseño y el modo de funcionamiento de un sensor de presión de es-tas características se demuestra utilizando como ejemplo el sensor analógico de Festo SDE-10-10V/20mA .
La Fig. 3.13a muestra la célula de medición piezorresistiva de un sensor de presión. la resistencia variable 1 cambia su valor cuando se aplica presión al diafragma. A través de los contactos 2, la resistencia se co-necta al dispositivo de evaluación electrónico, que genera la señal de salida.
La Fig. 3.13b representa el conjunto de la disposición constructiva del sensor.
La Fig. 3.13c ilustra las características del sensor, representando la co-rrelación entre la presión y la señal de salida eléctrica. Un aumento de la presión produce un aumento de la tensión en la salida del sensor. Una presión de 1 bar produce una tensión de 1 V, una presión de 2 bar una tensión de 2 V y así sucesivamente.
3UHVRVWDWRV HOHFWUyQLFRV
6HQVRUHVGHSUHVLyQ DQDOyJLFRV
&DStWXOR 1 2 3 4 5 6 7 3 1 2 2 2 4 4 6 6 8 bar 10 10 Voltaje V V Presión p 1 Resistencias 2 Contactos 3 Diafragma 1 2 Tapa 3 Gel de silicona 4 Junta tórica
Cuerpo 5 Célula de medición 6 Amplificador 7 Conector P 3 1 2 )LJ &RQVWUXFFLyQ\FXUYD FDUDFWHUtVWLFDGHXQVHQVRU DQDOyJLFRGHSUHVLyQ )HVWR6'(9P$
&DStWXOR
5HOpV\FRQWDFWRUHV
Un relé es un interruptor accionado electromagnéticamente. Cuando se aplica una tensión a la bobina del solenoide, se genera un campo mag-nético. Esto hace que la armadura sea atraída hacia el núcleo de la bo-bina. la armadura acciona los contactos del relé, abriéndolos o cerrán-dolos, según la ejecución. Un muelle de retorno devuelve la armadura a su posición cuando se interrumpe la corriente de la bobina.
11 21 1214 2224 Núcleo de la bobina Aislamiento Contacto Muelle de retorno Bobina del relé
Armadura 1 2 4 A1 A2 A1 A2
La bobina de un relé puede conmutar uno a varios contactos. Además del tipo de relé descrito arriba, hay otros tipos de interruptores acciona-dos electromagnéticamente, tales como los relés de remanencia, los temporizadores y, cuando se trata de soportar elevadas intensidades, los contactores.
&RQVWUXFFLyQ GHXQUHOp
)LJ
&DStWXOR
En los sistemas de control electroneumático, los relés se utilizan para las siguientes funciones:
n Multiplicación de señales
n Retardo y conversión de señales
n Asociación de información
n Aislamiento del circuito de mando del principal
En controles puramente eléctricos, los relés se utilizan también para aislamiento de circuitos AC y DC.
El relé de remanencia responde a pulsos de corriente:
n La armadura del relé se activa cuando se aplica un pulso positivo.
n La armadura del relé se desactiva cuando se aplica un pulso negati-vo.
n Si no se aplica ninguna señal de entrada, se mantiene la posición anterior (remanencia).
El comportamiento de un relé de remanencia es análogo al de una vál-vula neumática biestable o de doble pilotaje, que responde a los impul-sos de la presión de mando.
$SOLFDFLRQHV GHORVUHOpV
&DStWXOR
Hay dos tipos de temporizadores: a la conexión y a la desconexión. El temporizador a la conexión se activa transcurrido un tiempo tras la aplicación de la tensión y se desactiva inmediatamente al cortarse la tensión. En el temporizador a la desconexión, el tiempo empieza a con-tar a partir del momento en que se corta la tensión.
Véanse las Fig. 3.15, 3.16. El tiempo de retardo td es regulable.
+24V +24V 7HQVLyQHQODERELQDGHOUHOp F E D &RQWDFWR 0V 0V S1 S1 K1 1 2 K1 K1 1Y1 A1 A1 3 17 17 18 4 18 A2 A2 17 27 18 28 Tiempo Tiempo Abierto Cerrado R2 C1 D1 R1 td 7HPSRUL]DGRU )LJ 7HPSRUL]DGRUDODFRQH[LyQ D &LUFXLWRGHWDOODGR E &LUFXLWRVLPSOLILFDGR F &RPSRUWDPLHQWRGH ODVHxDO
&DStWXOR
Cuando se cierra S1, la corriente fluye por la resistencia variable R1 hacia el condensador C1. El diodo D1 –conectado en paralelo– no per-mite que la corriente fluya en este sentido. La corriente también fluye a través de la resistencia de descarga R2 (que inicialmente no tiene im-portancia). Cuando el condensador C1 se ha cargado hasta la tensión de conmutación de K1, el relé se activa.
Cuando se abre S1, el circuito se interrumpe y el condensador se des-carga rápidamente a través del diodo D1 y la resistencia R2. Con ello, el relé regresa inmediatamente a su posición inicial.
La resistencia variable permite ajustar la corriente de carga del conden-sador, permitiendo así ajustar el tiempo que tarda en alcanzarse la ten-sión de conmutación de K1. Si se ajusta una elevada resistencia, fluirá una pequeña corriente, con lo que aumentará el tiempo. Si la resistencia es baja, fluirá una elevada corriente y el tiempo de retardo será corto.
+24V 7HQVLyQHQODERELQDGHOUHOp &RQWDFWR 0V S1 K1 1 2 K1 1Y1 A1 A1 3 17 4 18 A2 A2 17 27 18 28 Tiempo Tiempo tV Abierto Cerrado +24V F E D 0V S1 K1 17 18 R2 C1 D1 R1 3ULQFLSLRGH IXQFLRQDPLHQWR )LJ 7HPSRUL]DGRUDOD GHVFRQH[LyQ D &LUFXLWRGHWDOODGR E &LUFXLWRVLPSOLILFDGR F &RPSRUWDPLHQWRGHOD VHxDO
&DStWXOR
Los contactores funcionan de la misma forma que los relés. Las caracte-rísticas típicas de un contactor son:
n Doble conmutación (contactos dobles)
n Contactos de acción positiva
n Cámaras cerradas (cámaras para protección del arco)
Estas características constructivas permiten que los contactores puedan conmutar intensidades mucho más elevadas que los relés.
7 6 4 5 3 2 1 14 11 A2 A1 11 21 14 24 1 Bobina
2 Núcleo de hierro (imán) 3 Armadura
4 Elemento de conmutación móvil con contactos 5 Elemento de conmutación estático con contactos 6 Muelle de presión 7 Muelle de presión de contactos A1 A2 )RUPDFRQVWUXFWLYD GHXQFRQWDFWRU )LJ )RUPDFRQVWUXFWLYD GHXQFRQWDFWRU
&DStWXOR
Un contactor tiene múltiples elementos de conmutación, normalmente entre cuatro y diez contactos. En contactores –al igual que en los relés– hay varios tipos con combinaciones contactos normalmente abiertos, normalmente cerrados, conmutadores, contactos retardados, etc. Los contactores que sólo conmutan contactos auxiliares (contactos de con-trol) se denominan relés contactores. Los contactores con contactos principales y auxiliares se denominan contactores de potencia.
Los contactores se utilizan para las siguientes aplicaciones:
n Con contactores de potencia, en los contactos principales se inte-rrumpen potencias entre 4 y 30 kW.
n Las funciones de control y las relaciones lógicas se conmutan por medio de contactos auxiliares.
En los controles electroneumáticos, las intensidades eléctricas y la po-tencia son muy bajas. Por esta razón, pueden realizarse los mandos con relés auxiliares. En general, si no hay motores eléctricos no se ne-cesitan contactores de potencia.
$SOLFDFLRQHVGH ORVFRQWDFWRUHV
&DStWXOR
&RQWUROHVOyJLFRVSURJUDPDEOHV
Los controles lógicos programables (PLC) se utilizan para el procesa-miento de señales en sistemas de control. Este PLC es particularmente adecuado para sistemas de control con varias entradas y salidas y que requiera una compleja combinación de señales.
Programa del PLC )LJ 3/& )HVWR )LJ &RPSRQHQWHV GHXQVLVWHPD3/&
&DStWXOR
La Fig. 3.19 es un diagrama de bloques que ilustra los componentes de un sistema PLC. El elemento principal (la CPU) es un sistema micropro-cesador. El programa del microprocesador determina:
n Qué entradas son interrogadas (I1, I24 etc.)
n Cómo están asociadas estas señales
n Qué salidas (O1, O2 etc.) reciben los resultados de este procesa-miento de señales.
De esta forma, el comportamiento del control, no viene determinado por el cableado (hardware), sino por el programa (software).
(VWUXFWXUDJOREDOGHODSDUWHGHSURFHVDPLHQWRGHVHxDOHV
La parte de procesamiento de señales de un control electroneumático contra de tres bloques. Su estructura se muestra en la Fig. 3.20.
n Entrada de señales se realiza por medio de sensores, pulsadores o interruptores. La Fig. 3.20 muestra dos sensores de proximidad para las señales de entrada.
n Procesamiento de señales normalmente se realiza por un sistema de relés o un control lógico programable. No son frecuentes otros ti-pos de control. En la Fig. 3.20 el control se realiza por un sistema de relés.
n Salida de señales se realiza a través de electroválvulas distribuido-ras para el control de los actuadores.
(VWUXFWXUD\PRGR GHIXQFLRQDPLHQWR GHXQ3/&
&DStWXOR
La Fig. 3.20 muestra una representación esquemática de una sección de control de señales en un sistema de control electroneumático, en el que se utilizan relés para el procesamiento de las señales.
n Los componentes para la entrada de señales (en la Fig. 3.20: los interruptores de proximidad inductivos 1B1 y 1B2) están conectados a través de las entradas del control (I1, I2 etc.) a las bobinas de los relés (K1, K2 etc.)
n El procesamiento de las señales se realiza por medio del cableado adecuado de los diversos contactos de los relés.
n Los componentes para la salida de señales (en la Fig. 3.20: los sole-noides de electroválvulas distribuidoras 1Y1 y 1Y2) están conectadas a las salidas del control (O1, O2 etc.). Estas son accionadas a través de los contactos de los relés.
)LJ 6HFFLyQGHFRQWUROGH VHxDOHVHQXQVLVWHPDGH PDQGRSRUUHOpV FLUFXLWR HVTXHPiWLFRQR HVWDQGDUL]DGR
&DStWXOR
La Fig. 3.21 muestra la sección de control de señales de un sistema de control electroneumático, en el que se utiliza un PLC para el procesa-miento de las señales.
n Los componentes para la entrada de señales (en la Fig. 3.21 los inte-rruptores de proximidad inductivos 1B1 y 1B2 están conectados a las entradas del PLC (I1, I2).
n El sistema microprocesador programable del PCL realiza todas las tareas de procesamiento de las señales.
n Los componentes de la salida de señales (en la Fig. 3.21: los sole-noides de las electroválvulas distribuidoras 1Y1 y 1Y2) están conec-tadas a las salidas del PLC (O1, O2 etc.). Están accionadas por cir-cuitos electrónicos que son la parte de potencia del sistema micro-procesador.
Los sistemas de control electroneumático con relés se trata en el Capí-tulo 8 y los sistemas de control electroneumático con PLCs se trata en el Capítulo 9.
)LJ 6HFFLyQGHFRQWUROGH VHxDOHVFRQFRQWUROOyJLFR SURJUDPDEOH 3/&
&DStWXOR
&DStWXOR
9iOYXODVGLVWULEXLGRUDV
DFFLRQDGDVHOpFWULFDPHQWH
&DStWXOR
)XQFLRQHV
Un sistema de control electroneumático trabaja con dos formas de energía:
n Energía eléctrica en la sección de control de las señales
n Aire comprimido en la sección de potencia
Las válvulas distribuidoras accionadas eléctricamente (electroválvulas) forman el interface entre las dos partes de un control electroneumático . Son activadas por las señales de salida de la sección de control y distri-buyen el aire en la sección de potencia. Las tareas más importantes de las electroválvulas distribuidoras son:
n Abrir y cerrar la alimentación del aire
n Control de avance y retroceso de los cilindros
La Fig. 4.1a muestra una electroválvula que controla el movimiento de un cilindro de simple efecto. Tiene tres conexiones y dos posiciones de conmutación:
n Si no se aplica tensión a la bobina del solenoide de la electroválvula, la cámara posterior del cilindro permanece a descarga. El vástago del cilindro está retraído.
n Si se aplica tensión al solenoide, la válvula distribuidora conmuta y la cámara recibe presión. El vástago del cilindro avanza.
n Cuando se interrumpe la corriente, la válvula conmuta de nuevo. La cámara del cilindro se descarga y el vástago retrocede.
$FFLRQDPLHQWR GHXQFLOLQGUR GHVLPSOHHIHFWR
&DStWXOR
El cilindro de doble efecto de la Fig. 4.1b es accionado por una electro-válvula distribuidora con cinco conexiones y dos posiciones.
n Si no hay tensión aplicada a la bobina del solenoide, la cámara iz-quierda del cilindro está a descarga y la cámara derecha bajo pre-sión. el vástago está retraído.
n Si se aplica tensión a la bobina del solenoide, la electroválvula
distri-)LJ $FFLRQDPLHQWR GHXQFLOLQGURQHXPiWLFR D 6LPSOHHIHFWR E 'REOHHIHFWR $FFLRQDPLHQWRGHXQ FLOLQGURGHGREOHHIHFWR
&DStWXOR
&RQVWUXFFLyQ\PRGRGHIXQFLRQDPLHQWR
Las electroválvulas distribuidoras se activan por medio de solenoides. Estas pueden dividirse en dos grupos :
n Las válvulas con retorno por muelle (monoestables) sólo están acti-vadas mientras fluye corriente a través del solenoide.
n las válvulas de doble bobina (biestables) mantienen la última posi-ción aunque deje de fluir corriente por el solenoide.
En posición inicial, todos los solenoides de una electroválvula distribui-dora están sin tensión y por lo tanto inactivos. Una válvula de doble so-lenoide no tiene una posición estable definida ya que no tiene muelle de retorno.
Las electroválvulas distribuidoras también se distinguen por el número de conexiones y el número de posiciones de conmutación. La denomi-nación de la válvula resulta del número de conexiones y de posiciones, por ejemplo:
n Electroválvula de 3/2 vías con muelle de retorno (monoestable)
n Electroválvula de 5/2 vías de doble bobina (biestable)
La sección siguiente explica la construcción y el modo de funciona-miento de los principales tipos de válvulas.
La Fig. 4.2 muestra dos secciones transversales de una electroválvula de 3/2 vías de accionamiento directo.
n En su posición inicial, la conexión de utilización 2 está unida a la co-nexión de descarga 3 por la ranura en el inducido (véase el detalle) (Fig. 4.2a.
n Si se excita el solenoide, la fuerzas del campo magnético fuerzan al inducido hacia arriba contra la fuerza del muelle (Fig. 4.2b). La junta de asiento inferior abre y el aire de la conexión 1 puede fluir hacia la conexión de trabajo 2. La junta de asiento superior cierra, cerrando el paso entre las conexiones 1 y 3.
n Si la bobina del solenoide se desexcita, el inducido regresa a su po-sición inicial por efecto del muelle de retorno (Fig. 4.2a). El paso en-tre las conexiones 2 y 3 se abre y el paso enen-tre las conexiones 1 y 2 se cierra. El aire comprimido se descarga a través del tubo del indu-cido por la conexión 3.
3RVLFLyQLQLFLDO 'HQRPLQDFLyQ GHODVFRQH[LRQHV (OHFWURYiOYXODGH YtDVFRQWURODGD GLUHFWDPHQWH
&DStWXOR
El accionamiento manual A, permite abrir el paso entre las conexiones 1 y 2 aunque el solenoide no esté excitado. Al girar el tornillo, la leva ex-céntrica acciona el inducido. Girando de nuevo el tornillo, el inducido regresa a su posición inicial.
$FFLRQDPLHQWRPDQXDO
)LJ
(OHFWURYiOYXODGHYtDV FRQDFFLRQDPLHQWRPDQXDO QRUPDOPHQWHFHUUDGD
&DStWXOR
La Fig. 4.3 muestra una electroválvula de 3/2 vías normalmente abierta. La Fig. 4.3a muestra la válvula en su posición inicial y la Fig. 4.3b en posición accionada. En comparación con la posición inicial de la válvula cerrada (Fig. 4.2) las conexiones de alimentación y de escape están invertidas.
)LJ
9iOYXODGHYtDVFRQ DFFLRQDPLHQWRPDQXDO QRUPDOPHQWHDELHUWD
&DStWXOR
En las electroválvulas pilotadas, el émbolo de la válvula es accionado indirectamente.
n El inducido del solenoide abre o cierra un conducto derivado de la conexión 1.
n Si el inducido está abierto, el aire comprimido de la conexión 1 ac-ciona el émbolo de la válvula.
La Fig. 4.4 explica el modo de funcionamiento del control por pilotaje.
n Si la bobina se desactiva, el inducido es presionado contra el asiento inferior por el muelle. La cámara de la parte superior del émbolo que-da a descarga (Fig. 4.4 a).
n Si la bobina se excita, el solenoide tira del inducido hacia abajo. La cámara del lado superior del émbolo recibe presión (Fig. 4.4b).
(OHFWURYiOYXOD GLVWULEXLGRUDSLORWDGD
)LJ
(OHFWURYiOYXODGLVWULEXLGRUD SLORWDGD
&DStWXOR
La Fig. 4.5 muestra dos secciones transversales de una electroválvula de 3/2 vías pilotada .
n En su posición inicial, la superficie del émbolo sólo está sujeta a la presión atmosférica, de forma que el muelle de retorno empuja el émbolo hacia arriba (Fig. 4.5a). Las conexiones 2 y 3 están unidas.
n Si se excita la bobina del solenoide, la cámara inferior del émbolo de la válvula se une con la conexión de presión 1 (Fig. 4.5b). La fuerza en la superficie superior del émbolo de la válvula aumenta, presio-nando el émbolo hacia abajo. La unión entre las conexiones 2 y 3 se cierra, mientras que la unión entre 1 y 2 se abre. La válvula perma-nece en esta posición mientras esté excitada la bobina del solenoide.
n Si la bobina del solenoide se desexcita, la válvula conmuta de nuevo a su posición inicial.
Se necesita una presión mínima de alimentación (presión de mando) para accionar una válvula pilotada contra la fuerza del muelle. Esta pre-sión se indica en las especificaciones de la válvula y se halla – según el tipo – entre 2 y 3 bar.
(OHFWURYiOYXOD GHYtDVSLORWDGD )LJ (OHFWURYiOYXODSLORWDGDGH YtDV QRUPDOPHQWH FHUUDGDFRQDFFLRQDPLHQWR PDQXDO
&DStWXOR
Cuanto mayor sea el caudal nominal de una válvula distribuidora, mayor será el flujo de aire que puede suministrar.
En el caso de una electroválvula accionada directamente, el caudal ha-cia el actuador debe pasar por el asiento del inducido (véase Fig. 4.2). Para asegurar un caudal suficiente, se necesita un inducido relativa-mente grande. Esto, a su vez, requiere un muelle de retroceso grande – contra el cual el solenoide debe ejercer su fuerza. Esto exige compo-nentes de tamaños relativamente grandes y por lo tanto un elevado consumo de potencia .
En una electroválvula pilotada, el caudal hacia el actuador pasa por la etapa principal (Fig. 4.5). El émbolo de la válvula recibe presión a través del conducto de aire. Es suficiente un pequeño caudal, así que el indu-cido también puede ser menor que el de una válvula de accionamiento directo. El consumo de potencia y la generación de calor son también menores.
Las ventajas en relación con el consumo de potencia, tamaño de los solenoides y disipación de calor ha llevado al uso casi exclusivo de electroválvulas pilotadas en los sistemas de control electroneumático.
&RPSDUDFLyQHQWUH YiOYXODVSLORWDGDV\GH DFFLRQDPLHQWRGLUHFWR
&DStWXOR
La Fig. 4.6 muestra las dos posiciones de conmutación de una electro-válvula de 5/2 vías pilotada.
n En su posición inicial, el émbolo se halla en su tope izquierdo (Fig. 4.6a). Las conexiones 1 y 2, así como las 4 y 5 se hallan unidas.
n Si se excita la bobina del solenoide, la corredera de la válvula se mueva hacia el tope derecho (Fig. 4.6b). En esta posición, las cone-xiones 1 y 4, así como las 2 y 3 se hallan unidas.
n Si el solenoide se desexcita el muelle de retorno devuelve la correde-ra de la válvula a su posición inicial.
n El aire de pilotaje es suministrado a través de la conexión 84. (OHFWURYiOYXOD
GHYtDVSLORWDGD
)LJ (OHFWURYiOYXOD GHYtDVSLORWDGD
