Automatización de Procesos Industriales

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UNUNIVERSIDAD DE CARABOBOIVERSIDAD DE CARABOBOFACULTAD DE INGENIERFACULTAD DE INGENIERÍÍAA

DPTO. DE SISTEMAS Y AUTOMATICADPTO. DE SISTEMAS Y AUTOMATICA

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL IAUTOMATIZACION INDUSTRIAL I

AutomatizaciAutomatizacióón De Procesos n De Procesos IndustrialesIndustriales

Julio N. Garcia SilverioJulio N. Garcia Silverio

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AutomatismoAutomatismo

• Velocidad en la reacción del sistema• Alcanzar mejor precisión• Resolver sistemas complejos

Conjunto de dispositivos elConjunto de dispositivos elééctricos, ctricos, electrelectróónicos, neumnicos, neumááticos, etc., capaz de ticos, etc., capaz de

controlar en forma automcontrolar en forma automáática, el tica, el funcionamiento de una mfuncionamiento de una mááquina o proceso.quina o proceso.

Necesidades de un AutomatismoNecesidades de un AutomatismoRealizar operaciones que son imposibles manualmente Realizar operaciones que son imposibles manualmente tales como:tales como:

Esquema GeneralEsquema General

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Fases de un AutomatismoFases de un Automatismo

Estudio previoEstudio previo

Estudio Estudio TTéécnicocnico--econeconóómicomico

DecisiDecisióónnFinalFinal

•• SustituciSustitucióón de fuerza humana por animal.n de fuerza humana por animal.

•• SustituciSustitucióón de fuerza animal por En de fuerza animal por EÓÓLICA/HIDRLICA/HIDRÁÁULICAULICA

NO SON TNO SON TÉÉCNICAS DE AUTOMATIZACICNICAS DE AUTOMATIZACIÓÓN SON FUENTES DE ENERGN SON FUENTES DE ENERGÍÍA LA A LA PARTE DE MANDO SIGUE RECAYENDO EN UN SER HUMANOPARTE DE MANDO SIGUE RECAYENDO EN UN SER HUMANO

••TECNOLOGTECNOLOGÍÍA MECA MECÁÁNICANICA

••TECNOLOGTECNOLOGÍÍA NEUMA NEUMÁÁTICA/HIDRTICA/HIDRÁÁULICAULICA

••TECNOLOGTECNOLOGÍÍA ELA ELÉÉCTRICACTRICA

••TECNOLOGTECNOLOGÍÍA ELECTRA ELECTRÓÓNICANICA

TecnologTecnologíías involucradas en un as involucradas en un automatismoautomatismo

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TecnologTecnologíías involucradas en un as involucradas en un automatismoautomatismo

Admite sobrecargas Admite sobrecargas Admite sobrecargas Admite sobrecargas No admite sobrecarga No admite sobrecarga Sobrecargas Sobrecargas

Personal tPersonal téécnico por cnico por las altas presiones las altas presiones

Personal no cualificado Personal no cualificado Por personal tPor personal téécnico cnico Manejo Manejo Alto coste energAlto coste energéético tico Alto coste energAlto coste energéético tico Bajo coste energBajo coste energéético tico Coste Coste

Sensible temperatura Sensible temperatura Posibles fugas Posibles fugas

Insensible temperatura Insensible temperatura No peligro ambientes No peligro ambientes

explosivos explosivos

Insensible temperatura Insensible temperatura Peligro en ambientes Peligro en ambientes

explosivos explosivos

Influencias Influencias ambientales ambientales

Muy limitado Muy limitado transporte y transporte y acumulaciacumulacióón n

FFáácil transporte cil transporte AcumulaciAcumulacióón limitada n limitada

Muy fMuy fáácil transporte cil transporte DifDifíícil acumulacicil acumulacióón n

AcumulaciAcumulacióón y n y transporte de energtransporte de energíía a

FFáácil regulacicil regulacióón incluso n incluso a velocidad lenta a velocidad lenta

FFáácil regulacicil regulacióón fuerza y n fuerza y velocidad velocidad

Grandes limitaciones Grandes limitaciones Regulabilidad Regulabilidad Buen rendimiento. Buen rendimiento. Mal rendimiento Mal rendimiento Buen rendimiento Buen rendimiento Movimiento rotativo Movimiento rotativo

FFáácil generacicil generacióón. Buena n. Buena regulaciregulacióón n

FFáácil generacicil generacióón. Difn. Difíícil cil regulaciregulacióón n

Complicado y caro Complicado y caro Movimiento lineal Movimiento lineal Grandes fuerzas Grandes fuerzas MMááx. 4000kp x. 4000kp Mal rendimiento Mal rendimiento Fuerza lineal Fuerza lineal HIDRHIDRÁÁULICO ULICO NEUMNEUMÁÁTICO TICO ELECTRICO ELECTRICO CRITERIO CRITERIO

Opciones TecnolOpciones Tecnolóógicasgicas

programablesprogramablesAutAutóómatas matas UniversalesUniversalesMicrosistemasMicrosistemasProgramadaProgramada

MiniordenaMiniordena--doresdores

InformInformááticosticosElectrElectróónicanicaLLóógicagica

MicroordeMicroorde--nadoresnadores

SistemasSistemasestestááticaticaElectrElectróónicanicaElectrElectróónicanica

ulicaulicaElectrohidrElectrohidrááCableadaCableadammááticaticaElectroneuElectroneuElElééctricactricaLLóógicagicaomagnomagnééticosticosRelReléés Electrs Electr

especificasespecificasSubfamiliasSubfamiliasFamilia Familia tecnoltecnolóógicagica

TipoTipo

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Capacidades de una instalaciCapacidades de una instalacióón con n con autautóómatasmatas

Desarrollo de un Proyecto con LDesarrollo de un Proyecto con Lóógica gica Cableada.Cableada.

1

Desarrollo de un Proyecto con un Desarrollo de un Proyecto con un AutAutóómata Programablemata Programable

Desventajas de la AutomatizaciDesventajas de la Automatizacióónn

• Desempleo. Menos personal no calificado.• Inversión inicial elevada.• Falta de conocimiento. Avances acelerados.• Inversión en capacitación.• Escasez de recurso humano especializado.• Dependencia tecnológica.

• A veces obliga a mantener contratos exclusivos.• Problemas con tecnología cerrada.

• Obsolescencia.

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Conceptos de LConceptos de Lóógica Digitalgica Digital

• Concepto de binario es muy antiguo y se refiere a dos condiciones:– ON-OFF (Para una luz)– Abierto–Cerrado (Para Una Compuerta)– Girando-Detenido (Para un Motor)

• En sistemas digitales, estas dos condiciones representan la condición de una señal– Señal PRESENTE-NO PRESENTE– Señal ACTIVADA-NO ACTIVADA– Señal ALTA-BAJA

Funciones LFunciones Lóógicas Bgicas Báásicassicas

0110BA

FunciFuncióón NOTn NOT

AA AA’’

AA

AA AA’’R

++ --

8


1010B

11010000CA

FunciFuncióón ANDn AND

AA

CCBB

AA BB CC

R

++ --


1010B

11111000CA

FunciFuncióón ORn OR

AA

CCBB

AA

BB

CC++ --

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Ejemplo #1Ejemplo #1

• La válvula solenoide V1 debe abrir (ON) si el selector S1 esta activado (ON) y si el sensor de nivel L1 no esta

activado (OFF)

V1V1

S1S1L1L1

Ejemplo #1Ejemplo #1

• La válvula solenoide V1 debe abrir (ON) si el selector S1 esta activado (ON) y si el sensor de nivel L1 no esta

activado (OFF)

L1L1 CR1CR1

CR1CR1S1S1 V1V111110011

00001111

0000110000110000V1V1L1L1’’L1L1S1S1

10


1010B

01111010CAFunciFuncióón NANDn NAND

AA

CCBB

AA

BB

CC++ --

R


1010B

01010010CAFunciFuncióón NORn NOR

AA

CCBB

AA BB CC++ --

R

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Funciones LFunciones Lóógicas Bgicas BáásicassicasTeorema de DeMorganTeorema de DeMorgan

A.B = A + BA.B = A + B

A+B = A . BA+B = A . B

AABB

AABB

AABB

AABB

CC CC

CC CC

Algebra de BooleAlgebra de BooleLey ConmutativaLey Conmutativa

CBACCBACABBABAA

AA

AABAB)A(AC)B)(A(ABCA

ACABC)A(B(AB)CA(BC)

CB)(AC)(BABAAB

ABBA

+=++

+=+

=

=+=+

++=+

+=+

=

++=++

=

+=+

Ley AsociativaLey Asociativa

Ley DistributivaLey Distributiva

Ley AbsorciLey AbsorcióónnOtras leyesOtras leyes

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CIM CIM --Computer Integrated Computer Integrated Manufacturing.Manufacturing.

Tipos de RelTipos de Relééss

• Electromecánicos.• Acción inmediata.• Temporizados.• Alternadores (Control de Bombas).• Biestables (Set/Reset - Latch/Unlatch).

• De estado sólido.

Podemos encontrar relés electromecánicos con partes electrónicas.

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Interruptores electromecInterruptores electromecáánicos.nicos.

Al energizar labobina se genera unafuerza que atrae al

núcleo móvil,cerrando o abriendo

los contactos delinterruptor.

Interruptores electromecInterruptores electromecáánicos.nicos.

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SSíímbolos usados para identificacimbolos usados para identificacióón n de relde reléés.s.

Norma ANSI Y32.2

Norma IEC (DIN)

Temporizados (Timers)Temporizados (Timers)

• Actúan después de transcurrir un tiempo predeterminado.

• Pueden ser temporizados a la conexión (on delay), a la desconexión (off delay) o a ambos.

• On delay – Los contactos actuan un tiempo después de energizar la bobina.

• Off delay – Los contactos actuan un tiempo después de quitar la energía a la bobina.

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Temporizado On DelayTemporizado On Delay

Bobina

N.O

N.C

Temporizado Off DelayTemporizado Off Delay

Bobina

N.O

N.C

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SSíímbolos usados para identificacimbolos usados para identificacióón n de temporizados.de temporizados.Norma ANSI Y32.2

SSíímbolos usados para identificacimbolos usados para identificacióón n de temporizados.de temporizados.

Norma IEC (DIN)

On Delay

Off Delay

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BiestablesBiestables

--1101011010

-Q’-Q00Q’QRS

BiestablesBiestables

• Estos Relés funcionan igual que un biestable S-R.• Si se energiza la bobina SET. Este se activa.• Solo se desactiva al energizar la bobina RESET.• A diferencia de los otros Relés, se puede activar

con pulsos.• La bobina SET no tiene que estar energizada

todo el tiempo para que los contactos permanezcan, activos.

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BiestablesBiestablesNC

Núcleo Magnético

Fijo

Resorte

Núcleo Magnético

Móvil

NO

Contactos

NS

Pequeño Imán

Permanente

Latch

UnLatch

Com

SSíímbolos usados para identificacimbolos usados para identificacióón n de biestablesde biestablesNorma ASNI Y32.2

Reset

Set

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BiestableBiestable

Bobina S

Bobina R

Contacto N.O.

AlternadoresAlternadores

• Poseen varios contactos normalmente abiertos, que se activan en secuencia.

• Al energizar la bobina se activa un contacto, mientras el resto permanece apagado.

• Cuando se desactiva la bobina se desactiva el contacto.

• Al energizar nuevamente la bobina se activa otro contacto diferente al anterior.

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Bobina

1

2

3

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Disyuntor: Se trata de un relé magnetotérmico con un interruptor. Se utiliza para la protección de motores de pequeña potencia (guardamotores).

RelReléés de proteccis de proteccióónn

Tipos de ContactoresTipos de Contactores

• Por la disposición de sus contactos.• En aire• En vacío• En aceite

• El tipo de corriente• De corriente alterna• De corriente continua

• Por el nivel de tensión• Baja tensión (hasta 1000v)• Alta tensión (mas de 1000v)

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IdentificaciIdentificacióón de Terminalesn de Terminales

•• Contactos principales una cifra (1Contactos principales una cifra (1--10).10).•• Contactos auxiliares dos cifras.Contactos auxiliares dos cifras.

–– Las cifras de unidades identifican la funciLas cifras de unidades identifican la funcióón n del contacto.del contacto.

•• * 1 y 2, contacto normalmente cerrados (NC).* 1 y 2, contacto normalmente cerrados (NC).•• * 3 y 4, contacto normalmente abiertos (NO).* 3 y 4, contacto normalmente abiertos (NO).•• * 5 y 6, contacto de apertura temporizada.* 5 y 6, contacto de apertura temporizada.•• * 7 y 8, contacto de cierre temporizado.* 7 y 8, contacto de cierre temporizado.

–– La cifra de las decenas indica el nLa cifra de las decenas indica el núúmero de mero de orden de cada contacto en el contactor.orden de cada contacto en el contactor.

•• La bobina se identifica como A1 y A2.La bobina se identifica como A1 y A2.


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Clases de ServicioClases de Servicio

•• Permanente Permanente –– tiempo indefinido.tiempo indefinido.•• Serv. De 8 horas Serv. De 8 horas –– Alcanza equilibrio Alcanza equilibrio

ttéérmico. (<8h).rmico. (<8h).•• Servicio temporal Servicio temporal –– no alcanza equilibrio no alcanza equilibrio

ttéérmico, pero se enfria a T ambiente.rmico, pero se enfria a T ambiente.•• Servicio intermitente.Servicio intermitente.

CategorCategoríías de Servicioas de Servicio

•• Corriente alterna.Corriente alterna.–– AC1AC1–– AC2AC2–– AC3AC3–– AC4AC4

•• Corriente continua.Corriente continua.–– DC1DC1–– DC2DC2–– DC3DC3–– DC4DC4–– DC5DC5

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ConexiConexióón al 1200 % de ln yn al 1200 % de ln yDesconexiDesconexióón al 1000 %*n al 1000 %*O conexiO conexióón al 1000 % y n al 1000 % y desconexidesconexióón 800 % n 800 %

600 % de ln600 % de lnAC4AC4

ConexiConexióón al 1000 % de ln yn al 1000 % de ln yDesconexiDesconexióón al 800 %*n al 800 %*O conexiO conexióón al 800% yn al 800% yDesconexiDesconexióón al 600 %n al 600 %

ConexiConexióón al 600 % de lnn al 600 % de lnDesconexiDesconexióón al 100%n al 100%

AC3AC3

400 % de ln400 % de lnConexiConexióón al 250 % de lnn al 250 % de lnDesconexiDesconexióón al 100 %n al 100 %

AC2AC2

150 % de ln150 % de ln100 % de ln100 % de lnAC1AC1Func. ocasionalFunc. ocasionalFunc. NormalFunc. NormalCategorCategorííaa

*Si la corriente nominal (In), es menor a 100A*Si la corriente nominal (In), es menor a 100A

Aplicaciones en FunciAplicaciones en Funcióón de la n de la CategorCategorííaa

Motores asincrMotores asincróónicos para trabajo pesadonicos para trabajo pesado(intermitente, frenado contracorriente)(intermitente, frenado contracorriente)grgrúúas, ascensores. (as, ascensores. (fpfp≈≈0,350,35))

AC4AC4

Motores asincrMotores asincróónicos de rotor ennicos de rotor encortocircuito, para aparatos de airecortocircuito, para aparatos de airecondicionado, compresores, ventiladores. (condicionado, compresores, ventiladores. (fpfp≈≈0,350,35))

AC3AC3

Motores asincrMotores asincróónicos de rotor bobinado,nicos de rotor bobinado,para mezcladoras, centrpara mezcladoras, centríífugas. (fugas. (fpfp≈≈0,650,65))AC2AC2

Cargas puramente resistivas o ligeramenteCargas puramente resistivas o ligeramenteinductivas, para calefacciinductivas, para calefaccióón eln elééctrica,ctrica,iluminaciiluminacióón incandescente. (n incandescente. (fpfp≈≈0,950,95))

AC1AC1

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La constante de tiempo citada resulta del cociente entre la induLa constante de tiempo citada resulta del cociente entre la inductancia y la resistencia del circuito.ctancia y la resistencia del circuito.

400 % de ln 400 % de ln ττ 15ms15ms250% de ln 250% de ln ττ hasta 7,5 mshasta 7,5 msDC5DC5

400 % de ln 400 % de ln ττ hasta hasta 15 ms15 ms

ConexiConexióón 250% de ln n 250% de ln ττ hasta hasta 7,5 ms7,5 msDesconexiDesconexióón 100% de ln n 100% de ln ττhasta 10 Mshasta 10 Ms

DC4DC4

400% de ln 400% de ln τ τ hasta hasta 2,5 ms2,5 ms

250 % de ln 250 % de ln ττ hasta 2 mshasta 2 msDC3DC3

400% de In 400% de In ττe hastae hasta2,5 ms2,5 ms

ConexiConexióón 250% de In n 250% de In ττ hasta hasta 2 ms 2 ms DesconexiDesconexióón 100 % de In n 100 % de In ττ7,5 ms7,5 ms

DC2DC2150 % de In150 % de In100 % de In100 % de InDC1DC1

Func. ocasionalFunc. ocasionalFunc. NormalFunc. NormalCategorCategorííaa


Motores serie, con desconexiMotores serie, con desconexióón a motor n a motor frenado, inversiones del sentido de girofrenado, inversiones del sentido de giroDC5DC5

Motores serie, con desconexiMotores serie, con desconexióón a motor en n a motor en rotacirotacióón, nunca a motor frenado.n, nunca a motor frenado.DC4DC4

Motores derivaciMotores derivacióón, con desconexin, con desconexióón a motor n a motor frenado, inversiones del sentido de girofrenado, inversiones del sentido de giroDC3DC3

Motores derivaciMotores derivacióón, con desconexin, con desconexióón a motorn a motoren rotacien rotacióón, nunca a motor frenado.n, nunca a motor frenado.DC2DC2

Cargas puramente resistivas o dCargas puramente resistivas o déébilmente bilmente inductivas, para calefacciinductivas, para calefaccióón eln elééctricactricaDC1DC1

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Algunas Consideraciones Para Algunas Consideraciones Para SelecciSeleccióón de Contactoresn de Contactores

•• TensiTensióón de la carga.n de la carga.•• TensiTensióón de Control.n de Control.•• Corriente de la carga.Corriente de la carga.•• Factor de Potencia de la Carga.Factor de Potencia de la Carga.

TensiTensióón de la Cargan de la Carga

•• Tipo de TensiTipo de Tensióón.n.

»» TensiTensióón ACn AC

»» TensiTensióón DCn DC

•• Nivel de TensiNivel de Tensióón.n.

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TensiTensióón de la Controln de la Control

•• TensiTensióón DCn DC»» Mas ComMas Comúún 24Vn 24V

•• TensiTensióón AC.n AC.»» 24V24V»» 110V110V»» 220V220V

•• Podemos tener Contactores Para Podemos tener Contactores Para cargas AC, con control AC o DC.cargas AC, con control AC o DC.

•• Podemos tener Contactores Para Podemos tener Contactores Para cargas DC, con control AC o DC.cargas DC, con control AC o DC.

Factor de Potencia de la CargaFactor de Potencia de la Carga

•• Que ocurre en una carga inductiva cuando se Que ocurre en una carga inductiva cuando se trata de variar la corriente bruscamente?trata de variar la corriente bruscamente?

•• Que ocurre en el interruptor de un circuito Que ocurre en el interruptor de un circuito con carga inductiva cuando se trata de variar con carga inductiva cuando se trata de variar la corriente bruscamente?la corriente bruscamente?

•• Constante dielConstante dielééctrica del aire (seco 1Atm), ctrica del aire (seco 1Atm), 3x103x1066V/mV/m

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Factor de Potencia de la CargaFactor de Potencia de la Carga

El interruptor no solo debe soportar la El interruptor no solo debe soportar la corriente de la carga, tambicorriente de la carga, tambiéén debe ser capaz n debe ser capaz de interrumpir la corriente que se genera por de interrumpir la corriente que se genera por

almacenamiento de energalmacenamiento de energíía en inductores.a en inductores.

ConstrucciConstruccióónn

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Accesorios y EquiposAccesorios y Equipos

Contactos auxiliaresContactos auxiliares

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Temporizados AuxiliaresTemporizados Auxiliares

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