Download (1)

2010

MANUAL DE PREPARACIN PARA OLIMPIADAS NACIONALES DE MECATRNICA La preparacin para Olimpiadas Nacionales de Mecatrnica siempre es importante tanto para los

participantes como para los entrenadores, por esta razn se cre este documento, con algunas

experiencias, recomendaciones y sobre todo la teora avanzada que se debe estudiar y preparar.

Autores: Ing. Carlos A. Meja Sierra Ing. Juan C. lvarez Giraldo Ing. Leonardo Rodrguez Ortiz

MANUAL DE PREPARACIN PARA OLIMPIADAS NACIONALES DE MECATRNICA C. Meja, J. Giraldo, L. Rodrguez

1

TABLA DE CONTENIDO

Pg.

ACERCA DE LOS AUTORES. ..................................................................................................... 5

INTRODUCCIN ...................................................................................................................... 6

I. GUA DE ESTUDIOS Y REFERENCIAS ..................................................................................... 8

1. NEUMTICA Y ELECTRONEUMTICA .............................................................................. 8

1.1 Neumtica .............................................................................................................. 10

1.1.1. Mtodo Cascada ............................................................................................. 10

1.1.2. Mtodo Paso A Paso (Extendido) ................................................................... 18

1.1.3. Mtodo paso a paso Simplificado .................................................................. 23

1.1.4. Elementos Complementarios de Control ....................................................... 25

1.1.5. Recomendaciones........................................................................................... 33

1.2. Electroneumtica ................................................................................................... 35

1.2.1. Mtodo Cascada ............................................................................................. 36

1.2.2. Mtodo Paso a Paso ....................................................................................... 42

1.2.3. Elementos Complementarios de Control ....................................................... 46

1.2.4. Recomendaciones........................................................................................... 50

1.2.5. Fundamentos para la Nomenclatura ISO 1219 .............................................. 53

2. CONTROLADORES LGICOS PROGRAMABLES PLC .................................................... 55

2.1. Temporizadores, Contadores y Multitareas. ......................................................... 56

2.1.1. Mdulos de Tiempo ........................................................................................ 56

2.1.2. Modulo de Conteo .......................................................................................... 58


2

2.1.3. Multitareas ..................................................................................................... 62

2.1.4. Ejemplo de Programacin .............................................................................. 63

2.2. Programacin sin STEP (Banderas) ........................................................................ 65

2.3. Sub-Programas (CMP/CFM) ................................................................................... 66

2.4. Comunicacin Serial ............................................................................................... 72

2.5. Comunicacin Ethernet ......................................................................................... 82

2.5.1. Configuracin IP Del Computador .................................................................. 83

2.5.2. Configuracin IP del PLC ................................................................................. 84

2.6. Fundamentos de Comunicacin y Programacin en Microsoft Excel ................... 87

2.6.1. Configuracin De La Red Con El IPC_DATA .................................................... 89

2.6.2. Visualizacin de datos usando Excel: ............................................................. 91

2.6.3. Modificando Operandos Del PLC Con Excel: .................................................. 92

2.7. Sistemas Modulares de Produccin MPS ........................................................... 95

2.7.1. Distributing (Distribucin) .............................................................................. 97

2.7.2. Testing (Verificacin) .................................................................................... 104

2.7.3. Handling (Manipulacin) .............................................................................. 111

2.7.4. Sorting (Clasificacin) ................................................................................... 119

2.8. Recomendaciones ................................................................................................ 125

II. PRUEBAS TIPO COMPETENCIA ....................................................................................... 129

1. Pruebas Neumticas. ............................................................................................... 131

1.1. Prueba Nmero 1. ............................................................................................ 131

1.2. Prueba Nmero 2. ............................................................................................ 132

1.3. Prueba Nmero 3. ............................................................................................ 134


3

1.4. Prueba Nmero 4. ............................................................................................ 136

2. Pruebas Electroneumticas. .................................................................................... 138

2.1. Prueba Nmero 1. ............................................................................................ 138

2.2. Prueba Nmero 2. ............................................................................................ 140

2.3. Prueba Nmero 3. ............................................................................................ 142

2.4. Prueba Nmero 4. ............................................................................................ 144

2.5. Prueba Nmero 5. ............................................................................................ 146

2.6. Prueba Nmero 6. ............................................................................................ 148

3. Pruebas PLC. ............................................................................................................ 150

3.1. Prueba Numero 1. ............................................................................................ 150

3.2. Prueba Nmero 2. ........................................................................................... 152

3.3. Prueba Nmero 3 ............................................................................................ 153

3.4. Prueba Nmero 4. ........................................................................................... 155

3.5. Prueba Nmero 5. ........................................................................................... 157

3.6. Prueba Nmero 6. ........................................................................................... 160

III. FORMATOS DE CALIFICACIONES Y SOLUCIONES ........................................................... 163

1. Formatos De Evaluacin De Las Pruebas................................................................. 164

1.1. Formatos Neumtica. ....................................................................................... 164

1.1.1. Formato Prueba 1. ........................................................................................ 164

1.1.2. Formato Prueba 2. ........................................................................................ 165

1.1.3. Formato Prueba 3 ......................................................................................... 166

1.1.4. Formato Prueba 4 ......................................................................................... 167

1.2. Formatos Electroneumtica ............................................................................. 168


4

1.2.1. Formato Prueba 1. ........................................................................................ 168

1.2.2. Formato Prueba 2. ........................................................................................ 169

1.2.3. Formato Prueba 3. ........................................................................................ 170

1.2.4. Formato Prueba 4 ......................................................................................... 171

1.2.5. Formato Prueba 5. ........................................................................................ 172

1.2.6. Formato Prueba 6. ........................................................................................ 173

1.3. Formatos Pruebas De PLC. ................................................................................... 174

1.3.1. Formato Prueba 1. ........................................................................................ 174

1.3.2. Formato Prueba 2. ........................................................................................ 175

1.3.3. Formato Prueba 3. ........................................................................................ 176

1.3.4. Formato Prueba 4. ........................................................................................ 177

1.3.5. Formato Prueba 5. ........................................................................................ 178

1.3.6. Formato Prueba 6. ........................................................................................ 179

2. Solucin De Ejercicios. ............................................................................................. 202

2.1. Solucin De Ejercicios De Neumtica ............................................................... 203

2.1.1. Solucin Prueba Nmero 4. .......................................................................... 203

2.2. Solucin De Ejercicios De Electroneumtica. ................................................... 204


2.3. Solucin De Ejercicios De PLC. ......................................................................... 205


BIBLIOGRAFA ..................................................................................................................... 209


5

ACERCA DE LOS AUTORES.

Juan Camilo lvarez Giraldo y Carlos Alberto Meja Sierra, son Ingenieros Mecatrnicos de la Universidad San Buenaventura sede Bogot, ambos se han destacado por el buen desempeo de sus labores acadmicas durante el desarrollo de los estudios de pregrado. Participaron como representantes de esta universidad durante el desarrollo de las VIII Olimpiadas Nacionales de mecatrnica desarrolladas en Octubre- Noviembre de 2009; all resultaron campeones luego de superar a diferentes equipos a nivel Regional y Nacional.

En Junio de 2010 representaron a Colombia, como pas invitado, en las competencias de mecatrnica de los Skills USA, realizadas en Kansas City. All midieron sus conocimientos y habilidades con equipos representantes de diferentes estados y equipos mexicanos.

Todas estas experiencias sumadas con el largo proceso de preparacin, dieron pie para recopilar los diferentes aspectos que los llevaron hasta este punto en un manual que sirviera como punto de partida para futuros participantes y a su vez permita elevar el nivel de las competencias realizadas.

Carlos Alberto se dedica actualmente al desarrollo de labores de investigacin al interior de la Universidad San Buenaventura, mientras que Juan Camilo trabaja para el sector privado en el desarrollo y mantenimiento de mquinas industriales.

Leonardo Rodrguez Ortiz, Ingeniero Mecatrnico de la Universidad Santo Toms de Bucaramanga, y Magster en Administracin de Empresas de la Universidad San Pablo CEU de Madrid, Espaa. Sus trabajos, capacitaciones e investigaciones se enfocan en gran parte en el sector de la Automatizacin Industrial gracias a la experiencia de 5 aos trabajando para Festo en diferentes reas, desde el 2008 trabaja para el sector educativo dedicado a la enseanza de temas como programacin de PLC, tecnologas para la automatizacin, sistemas de visualizacin, sistemas modulares de produccin, entre otros.

Se desempea como docente e Investigador de la Universidad San Buenaventura, all ha desarrollado proyectos relacionados con la lnea de Robtica y Automatizacin industrial. Acompa, dirigi y aconsej a los participantes de las olimpiadas, y as mismo sirvi como gua para el desarrollo de este manual.

Leonardo Trabaja actualmente en el desarrollo del programa de Especializacin en Automatizacin de Procesos Industriales y as mismo potenciando nuevos trabajos investigativos en este mismo campo. [email protected]


6

INTRODUCCIN

La resolucin de circuitos neumticos, electro-neumticos y sistemas controlados por PLC

de una manera eficiente y eficaz, es una habilidad que se adquiere a travs del

entrenamiento constante, soportados firmemente en la lgica desarrollada durante la

mayora de los ciclos bsicos de ingenieras en materias como algoritmos y programacin,

adquisicin de datos, sistemas digitales, micro controladores, entre otras. En este mismo

sentido, es de vital importancia que la persona interesada que pretenda participar en las

olimpiadas Nacionales de Mecatrnica, posea conocimientos previos en las reas

implicadas y conozca de manera precisa, los fundamentos de la neumtica y la electro-

neumtica.

Siguiendo este orden de ideas, el presente documento no pretende consolidarse como

una gua de estudio para las mencionadas reas a las que se hacen alusin, ya que para

ello, se requieren las bases tericas adecuadas para profundizar ampliamente en diseo,

clculo, seleccin, etc. Ahora bien el objetivo principal de este manual es el de brindar al

interesado una gua de la forma en que se deben abordar las competencias desde diversos

puntos crticos como son: Trabajar en contra del tiempo, competir contra equipos de

diferentes regiones, desarrollo de ejercicios con un determinado nmero de elementos

(restriccin de elementos), el trabajo en grupo y las jornadas extenuantes.

Este documento se divide en tres grandes captulos, de modo que inicialmente el

interesado aprender mtodos rpidos de resolucin, elementos especiales que se

involucran en los problemas, restricciones de diferente ndole que se presentan en las

pruebas (restricciones de programacin y restricciones de elementos disponibles),

funciones especiales de los PLC, fundamentos de comunicaciones a travs de PLC,

fundamentos de la visualizacin en el computador, entre otros temas que se deben tener

presentes en las competencias; una segunda fase ser la aplicacin de lo aprendido a

travs de diferentes pruebas y ejercicios a realizar, los cuales involucran todos los temas


7

vistos en la primera fase pero agregndoles una de las ms grandes presiones que se

tienen: El Tiempo. Este constituye un requisito indispensable, pues las pruebas tienen

todas un lmite de tiempo para ser completadas y adems dan una puntuacin extra

considerable cuando se es el primer grupo en finalizarlas de manera correcta, por este

motivo en la fase 2, que es la de entrenamiento, todas las pruebas tendrn lmite de

tiempo.

El tercer captulo comprender un pequeo instructivo para la persona que estar a cargo

del entrenamiento de los interesados, dndole recomendaciones acerca de los puntos a

evaluar, formas de calificaciones, puntuaciones bsicas y extras, soluciones de los

ejercicios de la fase 2, errores comunes que se cometen, puntos claves a reforzar, y

recomendaciones generales durante la competencias.


8

I. GUA DE ESTUDIOS Y REFERENCIAS

En el presente capitulo se abordarn los temas aplicados en las Olimpiadas, tales como

Neumtica, Electroneumtica, Controladores Lgicos Programables - PLC y Sistemas

Modulares de Produccin MPS; todo esto con el fin de llegar a obtener un mayor

conocimiento y eficiencia durante el desarrollo de pruebas, aqu se describirn los pasos

para desarrollar mtodos de resolucin de problemas, elementos adicionales de control,

entre otros tems.

A medida que el capitulo avance, se desarrollarn ejemplos para demostrar los

procedimientos y para lograr un mejor entendimiento, tambin al finalizar cada tema, se

darn unas recomendaciones para el desarrollo de las pruebas en las Olimpiada tanto

para los grupos como para las personas encargadas de la preparacin.

1. NEUMTICA Y ELECTRONEUMTICA

Para disear e implementar los circuitos neumticos y electroneumticos se debe tener

unas bases bien fundamentadas para poder aplicar los mtodos de resolucin de

problemas que se tratarn en este captulo; para comenzar, se debe tener en cuenta que

todo circuito neumtico y electroneumtico estn integrados por elementos que

intervienen en el proceso como lo son: Elementos de Alimentacin, de Entrada, de

Procesamiento, de Maniobra, y de trabajo; por esta razn se debe tener un conocimiento

previo acerca de la simbologa de dichos elementos, al igual que de la norma ISO 1219;

adicional a esto todos los circuitos deben seguir una secuencia funcional que se obtiene

del anlisis del problema y se presenta como una solucin que debe contener todos los

pormenores requeridos; la secuencia que deben seguir los circuitos se simbolizan

generalmente con letras y signos, para as identificar el proceso que se est llevando a

cabo en cada paso de la secuencia y se describen en un diagrama de funciones que es

igualmente evaluado dentro de las pruebas en ciertos casos.


9

Para disear e implementar estos circuitos existen 2 mtodos sencillos de aplicar, los

cuales son, Mtodo Cascada y Mtodo Paso a Paso, estos mtodos sirven para agilizar la

resolucin de problemas ya que tienen unos pasos sencillos de seguir para llegar a un

resultado eficaz y concreto en el menor tiempo posible, pero no basta con aplicar estos

mtodos ya que estos estn diseados para resolver problemas que tienen que ver solo

con la secuencia, es decir, se requiere un proceso de diseo adicional para incluir dentro

del circuito elementos tales como temporizadores, contadores, presstatos, reguladores

de caudal y presin, vlvulas selectoras entre otras; por tal razn se debe tener un previo

entrenamiento con el diseo intuitivo ya que este mtodo aunque es el ms prolongado

de realizar es el mejor para lograr resolucin de problemas con los elementos

anteriormente mencionados y el que complementar los mtodos que se describirn en el

presente documento. Es recomendable para la persona o grupo de personas que quieran

presentarse a las olimpiadas nacionales de mecatrnica resolver ejercicios solo basndose

en un mtodo intuitivo para poder obtener las destrezas necesarias para aplicar los

mtodos. A travs del este mtodo se genera una habilidad mental para predecir

posibles fallos y soluciones a problemas de la vida real y de tipo competencia a travs de

la prctica constante. Se recomienda la utilizacin de la ltima versin del FuidSim de

Festo para complementar el proceso de preparacin y para aplicar las explicaciones que se

abordarn a continuacin, la herramienta permite el acceso a toda la simbologa de los

elementos tanto neumticos como electroneumticos, simulaciones de los circuitos

diseados, a la aplicacin de diagramas de funciones, entre otras cosas. El manual de

funcionamiento del software y una versin de demostracin puede descargarse de

manera gratuita en www.fluidisim.com.

En el presente capitulo se explicarn los mtodos de Cascada y Paso a Paso para ambos

sistemas ayudados por ejemplos de situaciones reales, tambin se implementarn

elementos como temporizadores, contadores, presstatos entre otros, que deben estar

implcitos en la secuencia para poder obtener una solucin avanzada en dicha situacin.


10

1.1 Neumtica

En este campo de las olimpiadas se pretende evaluar la solucin a problemas de

automatizacin basados completamente en la neumtica, en este campo se usan

elementos que se accionan o controlan por medio del uso del aire comprimido, por tal

razn no se tendrn ningn elemento de tipo electrnico; para resolver problemas de

ndole neumtica, se pueden implementar diferentes mtodos como los ya mencionados,

usando vlvulas neumticas, accionamientos manuales (pulsadores, interruptores, etc.),

accionamientos fsicos (finales de carrera, sensores magnticos, etc.), accionamientos por

aire comprimido (temporizadores, contadores, etc.), entre otros elementos neumticos.

Para solucionar los problemas basados en diseos neumticos, se debe tener en cuenta

las formas de analizar los problemas descritos al inicio del captulo 1, y desarrollar

habilidad suficiente para ofrecer soluciones con rapidez; en las olimpiadas, se evala tanto

el funcionamiento del circuito como la ubicacin y sentido que tengan los elementos

neumticos como por ejemplo el orden de conexin de las vlvulas reguladoras de caudal,

as como el diseo preliminar del circuito, el diagrama de funcionamiento y simbologa de

los elementos en papel (en algunas ocasiones).

1.1.1. Mtodo Cascada

Este mtodo se basa en la separacin por grupos de la secuencia a realizar; los grupos

estn compuestos por movimientos de los actuadores (las reglas para divisin de grupos

se explicarn ms adelante). Y cada grupo es sostenido por una vlvula 5/2 usada como

memoria para poder obtener 2 salidas que alimentan 2 grupos independientemente; cada

vez que conectamos una vlvula 5/2 a la anterior se obtiene un grupo adicional; la

conexin de los grupos con las vlvulas se representa en la Figura 1, una rpida observacin

de este esquema permite deducir fcilmente el origen del nombre de este mtodo.


11

Figura 1: Configuracin para grupos en Mtodo Cascada. a) 2 Grupos, b) 3 Grupos.

Se pueden lograr configuraciones y conexiones similares para este mtodo, se sugiere al

lector experimentar diferentes formas y casarse con la que le resulte ms conveniente,

de esta manera podr afrontar montajes o configuraciones de manera rpida y sencilla.

El nmero de vlvulas necesarias para implementar una solucin resulta siempre igual al

nmero de grupos menos 1. Para disear un circuito neumtico basados en el mtodo

cascada, se deben seguir las siguientes instrucciones:

1. Analizar el problema y establecer el nmero de actuadores referencindolos con

letras a cada uno, es decir, para el primer actuador se referenciara con la letra A,

para el segundo con la letra B, y as sucesivamente y a su vez identificar los sensores;

para estos se usa la letra S, y para diferenciarlos, se enumeran de manera

consecutiva, S0 para el primer sensor, S1 para el segundo y as sucesivamente. Por

ejemplo para un circuito neumtico que contiene 2 cilindros y 4 sensores (Figura 2) se

obtiene el siguiente esquema:


12

Figura 2: Actuadores y Vlvulas de Control Neumtico.

2. Determinar la secuencia correcta a disear teniendo en cuenta que para el

desplazamiento hacia afuera de los actuadores se simboliza con el signo ms (+), y

para el retorno de los actuadores se simboliza con el signo menos (-) como se muestra

en la Figura 3. Por ejemplo, suponiendo una secuencia para el caso anterior:

A+ B+ B- A-

Figura 3: Smbolos usados para diseo de circuitos.

3. Dividir la secuencia en grupos teniendo en cuenta que: un grupo no puede contener

ms de un movimiento del mismo actuador (p.e. no se puede tener A+ y A- en el

mismo grupo) y adems, cada grupo debe contener la mayor cantidad de

movimientos de actuadores posible. Para el caso del ejemplo anterior se tendran 2

grupos.


13

4. Identificar cules son los sensores que hacen los cambios de grupos y al mismo

tiempo generan el primer movimiento del grupo simbolizado con una flecha por

debajo con la referencia del sensor correspondiente, y tambin identificar que

sensores generan los movimientos internos del grupo simbolizados con una flecha por

arriba con la referencia del sensor adecuado. As:

Ntese en la ecuacin que, las seales de cambio de grupo S0 y S3 estn debidamente

identificadas con lneas en la parte inferior, mientras que las seales que producen

movimientos en los grupos S1 , S2 y START estn identificadas con lneas en la parte

superior de la misma.

5. Establecer el nmero de vlvulas de memoria (5/2) que se necesitan para generar los

grupos obtenidos con la siguiente frmula:

En donde: es el nmero de vlvulas y es el nmero de grupos; teniendo que

para este caso se tendr una sola vlvula de memoria y su configuracin se muestra

en Figura 1Error! No se encuentra el origen de la referencia..a.

6. Ya teniendo el numero de vlvulas de memoria y los cambios de movimiento se

procede a crear el esquema general de funcionamiento del circuito teniendo en

cuenta las siguientes condiciones:

Las vlvulas de control se deben alimentar directamente de la red como se

muestra en la parte central de la Figura 2.


14

Los cambios de grupo son generados usando la seal del final de carrera o vlvula

de entrada correspondiente, tomando la alimentacin desde la lnea del grupo

inmediatamente anterior.

Figura 4: Esquema de conexin para cambios de grupos.

La seal de pilotaje para el primer movimiento de los grupos se toma directamente

de la lnea de grupo. Los movimientos subsecuentes del grupo se realizan desde la

lnea correspondiente y pasando por la seal de entrada previamente identificada

En el caso de este ejemplo, para el primer movimiento se utilizar un pulsador

START alimentado del primer grupo.

Figura 5: Primer movimiento de grupos

Y por ltimo se conectan los movimientos internos de cada grupo con los finales de

carrera alimentados por la lnea correspondiente al grupo del movimiento.


15

Figura 6: Esquema Completo de un Circuito Neumtico

Siguiendo estos pasos y condiciones se debe llegar a obtener un diseo preliminar de la

secuencia principal que debe cumplir el circuito y queda listo para el acople de elementos

de control como lo son: vlvulas selectoras, temporizadores, contadores, presstatos

entre otros (siempre y cuando el ejercicio lo demande).

Ejemplo 1:

Se supone un problema donde se necesitan tres (3) cilindros con seis (6) sensores finales

de carrera y que los cilindros cumplan la siguiente secuencia: A+ B+ B- C+ C- A-

No de Cilindros = 3 (A, B, C)

No de Sensores = 6 (S0, S1, S2, S3, S4, S5)


16

Figura 7: Actuadores y Vlvulas de Control, Ejemplo 1

Grupos = 3

Cambios de Grupo y Movimientos =

Numero de Vlvulas de Memoria = 2 (Figura 1.b)

Seales de cambios de Grupo =

Figura 8: Seales de Cambio de Grupo, Ejemplo 1

A+ B+ / B- C+ / C- A- I II III


17

Pilotaje del primer movimiento de los grupos =

Figura 9: Seal del Primer Movimiento de Los Grupos

Movimientos Secundarios en los Grupos =

Figura 10: Configuracin Secuencia Principal, Ejemplo 1


18

Ya teniendo la secuencia principal completa, se debe proceder a acoplar en los puntos

especficos los elementos de control que puedan existir en el proceso.

Nota: Se recuerda al lector que existe una amplia teora respecto a este mtodo para

resolucin de problemas neumticos, y que esta particular manera de representar las

ecuaciones, movimientos y designacin de elementos han surgido de la experiencia y

debe considerarse como parte del proceso de preparacin de las olimpiadas. Este mtodo

ac explicado est pensado para ofrecer soluciones en el menor tiempo posible y la

explicacin no incluye la nomenclatura de elementos de acuerdo a norma ISO 1219.

1.1.2. Mtodo Paso A Paso (Extendido)

Este mtodo consiste en obtener tantos grupos como movimientos se tenga dentro de

una secuencia, este mtodo ofrece un menor tiempo de respuesta ya que los

movimientos son generados por una vlvula 3/2 de memoria alimentada directamente de

la red; pero tiene la desventaja de usar mas vlvulas de memoria en comparacin al

mtodo cascada y no se puede usar cuando se tengan solo dos movimiento ya que cada

salida debe borrar la anterior y se bloquearan.

Para este mtodo se usaran vlvulas 3/2 biestables normalmente cerradas como memoria

para los pasos alimentadas directamente de la red como se haba mencionado

anteriormente; una vlvula de memoria por cada paso como se muestra en la Figura 11, si

por alguna razn no se disponen de esa cantidad de vlvulas de tipo 3/2, puede utilizarse

una vlvual de tipo 5/2 bloqueando uno de sus terminales (bloquear el terminal 2 para

obtener una vlvula 3/2 normalmente Abierta, y el terminal 4 para obtener una vlvula

3/2 normalmente cerrada)


19

Figura 11: Configuracin para pasos de Mtodo Paso a Paso.

Teniendo lo anterior en cuenta, procedemos a disear el circuito siguiendo las

instrucciones descritas a continuacin.

1. Analizar el problema e identificar el numero de actuadores con su respectiva

simbologa como se describi en el mtodo cascada, e identificar los sensores

igualmente con su respectiva simbologa; suponiendo el ejemplo descrito en el

mtodo cascada, con dos cilindros y cuatro sensores, se obtiene el mismo esquema

de la Figura 2.

2. Se deduce la secuencia adecuada a disear como se hizo en el segundo paso del

mtodo cascada.

3. Dividir la secuencia en tantos pasos como movimientos tenga el proceso e identificar

que sensor acciona el paso dependiendo del ltimo movimiento y con esto se puede

saber el nmero de vlvulas de memoria que es igual al nmero de pasos; para el

ejemplo del mtodo cascada, se simbolizara as:


20

4. Ya teniendo el numero de vlvulas de memoria y los cambios de movimiento se

procede a crear el esquema general de funcionamiento del circuito teniendo en

cuenta las siguientes condiciones:

Las vlvulas de control se deben alimentar directamente de la red como se

muestra en la Figura 2.

Los pasos son activados usando la seal del final de carrera o vlvula de entrada

correspondiente, y son alimentados directamente de la red, pero los finales de

carrera deben alimentarse de la lnea del paso anterior y la vlvula de memoria del

ltimo paso debe estar normalmente abierta; el pulsador de START, debe

conectarse en serie con el final de carrera del primer paso.

Figura 12: Esquema de conexin para cambios de Pasos

Ya teniendo la seal de pilotaje de cada paso, se procede a conectar a cada paso el

movimiento correspondiente generado por la vlvula de control de cada cilindro.


21

Figura 13: Esquema Completo de Circuito Neumtico, Mtodo Paso a Paso

Siguiendo estos pasos y condiciones se debe llegar a obtener un diseo preliminar de la

secuencia principal que debe cumplir el circuito y queda listo para acoplarle elementos de

control como lo son: vlvulas selectoras, temporizadores, contadores, presstatos entre

otros.

Ejemplo 2:

Aplicando el Mtodo Paso a Paso a las condiciones del Ejemplo 1, se tendra:



La configuracin de los cilindros, vlvulas de control y sensores se puede observar en

la Figura 7.

Pasos = 6, Cambios de Pasos y Movimientos =


22

Numero de Vlvulas de Memoria = 6

Figura 14: Esquema de conexin para cambio de Pasos, Ejemplo 2

Seales de cambios de Pasos =

Figura 15: Seales de Cambio de Pasos, Ejemplo 2

Conexin de Vlvulas de Control dependiendo de los pasos:


23

Figura 16: Configuracin Secuencia Principal, Ejemplo 2



1.1.3. Mtodo paso a paso Simplificado

Existe una posibilidad para la simplificacin del mtodo paso a paso recientemente

explicado, y consiste en la combinacin de la separacin por grupos del mtodo cascada

con el circuito de control del mtodo paso a paso, entonces la solucin se reducira a

dividir en grupos y considerar cada grupo como un paso de la secuencia total. Para

lograr una mayor comprensin considrese el siguiente ejemplo.

Ejemplo 3:

Aplicando el Mtodo Paso a Paso a las condiciones del Ejemplo 1, se tendra:



La configuracin de los cilindros, vlvulas de control y sensores se puede observar en la

Figura 7.



24

Numero de Vlvulas de Memoria = 3 (Figura 11)

Seales de cambios de Pasos =

Figura 17: Seales de Cambio de Pasos, Ejemplo 3.

Pilotaje del primer movimiento de los grupos =

Figura 18: Seal del Primer Movimiento de los Grupos, Ejemplo 3.

Movimientos Secundarios en los Grupos =


25

Figura 19: Configuracin Secuencia Principal, Ejemplo 3.



Nota: Se recuerda al lector que existe una amplia teora respecto a este mtodo para

resolucin de problemas neumticos, y que esta particular manera de representar las

ecuaciones, movimientos y designacin de elementos han surgido de la experiencia y

debe considerarse como parte del proceso de preparacin de las olimpiadas. Este mtodo

ac explicado est pensado para ofrecer soluciones en el menor tiempo posible y la

explicacin no incluye la nomenclatura de elementos de acuerdo a norma ISO 1219.

1.1.4. Elementos Complementarios de Control

Los elementos de control, son aquellos que sirven para realizar tareas adicionales

importantes dentro de la secuencia, como por ejemplo contar ciclos, retrasar o activar

durante cierto tiempo un actuador, seleccionar entre un camino u otro para decidir un


26

ciclo, entre otras cosas; normalmente estos elementos ocasionan confusiones a la hora de

usarlos, pues en muchos casos se requiere de lgica e intuicin para usarlos de manera

eficiente, por esta razn se deben estudiar estos tipos de elementos ms a fondo ya que

son el complemento que necesitan las secuencias para generar un proceso completo para

las pruebas; los elementos de control que se explicarn aqu sern: Reguladores de

Caudal, Vlvula Reguladora De Presin, vlvulas de secuencia, Temporizadores y

Contadores.

Reguladores de Caudal

Son elementos que sirven para regular la velocidad de movimiento de los actuadores para

hacer que el actuador se mueva ms lento de lo normal para poder obtener un control

ms prolongado de este; se utilizan siempre para regular la salida de aire de un actuador

(salvo casos en donde la prueba indique lo contrario); estn compuestos por una vlvula

unidireccional y una vlvula estranguladora de caudal para obtener la regulacin en una

sola direccin como se muestra en la Figura 20.

Figura 20: Vlvula Reguladora de Caudal.

La direccin de estrangulacin de la vlvula segn la Figura 20 es de izquierda a derecha, ya

que la vlvula unidireccional no deja pasar el aire, la nica opcin que queda es a travs

de la vlvula de estrangulacin; pero si se alimenta inversamente, la vlvula unidireccional

dejar pasar el aire y no se realizar regulacin alguna; si se toma el ejemplo que se

desarroll durante la explicacin del mtodo cascada, y se supone que se necesita regular

la salida de A y el retorno de B, se obtendr el esquema mostrado en la Figura 21.


27

Figura 21: Ejemplo con Reguladores de Caudal.

Nota: Fjese que se han dispuesto ambas vlvulas para que regulen en aire que sale de los

actuadores esto asegura un movimiento lento mientras la presin se mantiene. En

FluidSim la vlvula se debe girar 270 despus de agregarla para que quede configurada

correctamente.

Vlvula Reguladora de Presin

La vlvula reguladora de presin, como su nombre lo dice es un elemento que regula la

presin de alimentacin de los actuadores cuando requiera que no superen una presin

nominal, estas vlvulas normalmente estn acompaadas de un manmetro que indica la

presin de salida de las vlvulas como se indica en la Figura 22. Para la correcta conexin se

debe conectar la alimentacin de la vlvula al pin 1, el pin 3 siempre es el escape de la

vlvula para liberar la presin que excede la regulacin, y el pin 2 es el pin de salida de la

vlvula hacia el actuador.


28

Figura 22: Vlvula de Regulacin de Presin.

Si se toma el ejemplo que se desarroll durante la explicacin del mtodo cascada, y se

supone que se necesita regular la salida del cilindro B para evitar que supere cierta

presin para no romper alguna pieza del proceso, se obtendra el esquema mostrado en la

Figura 23.

Figura 23: Ejemplo con Regulador de Presin

Nota: Para regular adecuadamente la presin de trabajo de estos elementos durante las

pruebas de montaje, se sugiere conectar el elemento directamente a la alimentacin de

presin, y abrir o cerrar completamente la perilla de regulacin hasta alcanzar el valor de

paso deseado, posteriormente puede integrarse apropiadamente al resto del circuito.


29

Vlvula de Secuencia

Las vlvulas de secuencia son un tipo especial de vlvulas de presin que permiten realizar

una medicin de presin en un punto especfico del circuito (generalmente en la

alimentacin de los actuadores), para permitir o impedir el paso de aire en otro punto

especfico del circuito.

Figura 24: Vlvula de Secuencia (Vlvula con Presstato)

Para la correcta conexin, deber conectarse el terminal 12 en el punto en el que se desea

realizar la medicin de presin, y a travs de las terminales 1 y 2 se debe interrumpir el

ducto del circuito que se requiera, as por ejemplo, si se requiere que un cilindro retroceda

slo despus de que ha llegado hasta el fin de su recorrido y ha cumplido don una presin

especfica durante su avance, se puede plantear la siguiente solucin:

Figura 25: Circuito de ejemplo Vlvula de Secuencia.


30

Nota: Para regular adecuadamente la presin de trabajo de estos elementos durante las

pruebas de montaje, se sugiere conectar el elemento directamente a la alimentacin de

presin, luego cerrar completamente el regulador de la vlvula de secuencia, y

posteriormente establecer el valor de presin del sistema al valor de regulacin adecuado,

finalmente se abre el regulador hasta que permita el paso de aire y se integra al circuito.

Temporizadores

Son elementos de control que sirven para mantener una seal durante cierto tiempo, o

para retrasar el movimiento, a estos temporizadores se les llama: vlvulas de tiempo

muerto normalmente cerradas, o normalmente abierta, dependiendo del uso que se le


31

quiera dar; para entender esto mejor en la Figura 26 se puede observar mejor el

significado.

Figura 26: Temporizadores, a) Normalmente Cerrado (NC) y b) Normalmente Abierto (NA)

En donde el pin nmero 1 es la entrada de alimentacin del temporizador, el nmero 2 es

la salida del temporizador y el nmero 10 es el pin de activacin del temporizador. En la

Figura 26 se puede observar que el temporizador consta de una vlvula reguladora de

caudal, un almacenador de aire comprimido, y una vlvula 3/2 con retorno de muelle; la

diferencia entre los dos temporizadores es la condicin de la vlvula 3/2.

Figura 27: Ejemplo con temporizador normalmente cerrado.

Para entender el uso de los temporizadores primero se debe tener claro que se necesita,

si se necesita retrasar una seal, o mantenerla por cierto tiempo. Suponiendo que en el

Ejemplo que se desarrollo en la explicacin del mtodo cascada, se requiere que despus

que salga el actuador B, se demore un tiempo determinado antes de volver a entrar; el


32

temporizador que se debe usar es uno normalmente cerrado y ubicado en el punto en

donde se genera la seal para retornar el cilindro como se muestra en la Figura 27.

Nota: el establecimiento de los tiempos de retarde en neumtica, suele ser una cuestin

de prueba y error, si durante el desarrollo de las pruebas se cuenta con un temporizador

que cuenta con un sistema para visualizar el tiempo ajustado entonces se recomienda

utilizarlo, de lo contrario se deben realizar pruebas constantes hasta llegar al tiempo

deseado.

Contadores

Son elementos de control importantes a la hora de conocer el nmero de ciclos, piezas

entre otras cosas, consisten en una vlvula que se acciona despus de cierto nmero de

pulsos generados en uno de los pines de dicha vlvula, el smbolo usado es el que se

muestra en la Figura 28; y se usa para controlar procesos por determinados ciclos o

produccin de piezas.

Figura 28: Contador Neumtico

En donde el pin nmero 1 es la entrada de alimentacin del contador, generalmente se

alimenta desde la red neumtica, el nmero 2 es la salida del contador, el nmero 12 es

el pin de entrada de los pulsos que se necesitan contar y el nmero 10 es el pin que

reinicia el conteo (Reset).

Para usar los contadores es necesario saber en qu parte del proceso se necesita contar y

tambin saber que se debe controlar despus de llegado al lmite del conteo del proceso.

Suponiendo que en el Ejemplo que se desarrollo en la explicacin del mtodo cascada, se


33

requiere que el proceso sea continuo hasta completar 2 ciclos completos; por esta razn,

se debe colocar el pin nmero 12 en la ltima seal del ciclo, que debe ser la seal que

activa el retorno del cilindro A, para as controlar la posicin de una vlvula 3/2 que

ayuda a hacer el proceso continuo como lo muestra la Figura 29, y para reiniciar el

contador se conecta la seal de Reset del contador directamente al pulsador START

para as reiniciar el contador cada vez que se necesite iniciar la secuencia.

Figura 29: Ejemplo Contador de ciclos.

1.1.5. Recomendaciones

A la hora de realizar las pruebas de neumtica en las Olimpiadas Nacionales de

Mecatrnica, hay que tener en cuenta las siguientes recomendaciones:

Por lo general las competencias son en parejas, por lo tanto es recomendable

dividirse el trabajo para utilizar la menor cantidad de tiempo posible en realizar el

diseo y montaje de los circuitos neumticos. Mientras una persona se dedica al

diseo del circuito neumtico, la otra puede estar haciendo las conexiones estndares

como lo son los actuadores, reguladores de caudales, vlvulas de control entre otros.


34

Siempre tener en cuenta la direccin en que se colocan los elementos como los

reguladores de caudal, reguladores de presin entre otros, y la correcta ubicacin de

estos.

Tener siempre presente la regulacin de presin que se obtiene de la unidad de

mantenimiento del sistema, ya que en muchas pruebas se pide alguna presin de

alimentacin en la red.

Todas las vlvulas biestables no siempre estn conmutadas de la forma correcta, o

como se necesite que estn conmutadas para el proceso ya que estas pueden haber

sido utilizadas con anterioridad, por tanto se recomienda conmutar cada vlvula al

estado que se requiera dependiendo en que parte del proceso se va a utilizar.

Empezar el diseo con la secuencia a seguir, para ir verificando que las cosas

funcionen, as asegurar puntos vitales en las pruebas.

Despus de tener la secuencia completa, continuar con los elementos

complementarios de control.

Para los montajes de estos circuitos se recomienda revisar el estado del

funcionamiento de los elementos como sensores, pulsadores, vlvulas y mangueras

de conexin, ya que estos pueden hacer que el equipo pierda un tiempo valioso a la

hora de rectificar el funcionamiento del circuito final, a la hora de revisar posibles

errores nunca de por sentado el buen funcionamiento de ningn elemento, de ser

posible genere planes de revisin rpidos, centrando cada participante en elementos

especficos.

Se recomienda rectificar todas las posibles fugas que contenga el circuito, ya que este

inconveniente puede hacer perder puntos valiosos.

Realizar tantos ejercicios como sea posible antes de presentarse a las pruebas; es

recomendable regirse por las pruebas que se presentan en el segundo captulo de

este documento.

Para los problemas con restriccin de elementos, primero se debe analizar si los

elementos cumplen con los requerimientos de algn mtodo especifico, y usar


35

siempre todos los elementos que se tengan a la mano a la hora de realizar la prueba,

ya que si existe el elemento dentro de los materiales es porque el jurado calificador

estar al tanto que no sobre ningn elemento (de todas maneras puede hacer caso

omiso de esta recomendacin si la prueba indica lo contrario, o si no se especifica que

se debe utilizar todo)

A la hora de la revisin de las pruebas realizadas, dejar que los jurados realicen todos

los movimientos que ellos crean pertinentes para probar el circuito de resultado, no

hacer ninguna prueba por cuenta de los participantes, ya que esto puede traer

efectos secundarios negativos en el resultado de las pruebas realizadas.

1.2. Electroneumtica

Este pilar de las competencias abarca la solucin de secuencias automticas y manuales

basadas en seales elctricas de 24 voltios, por este motivo todos los elementos de

control que se usan pueden ser interpretados como contactos normalmente abiertos o

cerrados, los cuales son accionados de manera mecnica (pulsadores, interruptores,

selectores, finales de carrera, etc.), de manera elctrica (relevos, solenoides,

temporizadores, contadores, etc.) y por fenmenos fsicos (Sensores magnticos, sensores

inductivos, presstato, caudalmetro, etc.).

Es de gran importancia comprender la forma de comandar las acciones que se pretenden

realizar a travs de los enclavamientos y los relevos con memoria pues estos sern los

encargados de controlar cada paso de la secuencia, adems de que la comprensin del

funcionamiento de ellos ser de gran ayuda en las pruebas con controladores lgicos

programables (PLC).

En las competencias, esta parte es evaluada de dos formas diferentes pero siempre

teniendo como base los mismos principios, la primera forma es a travs del diseo y

montaje de una secuencia, y la segunda es a travs del diseo y la simulacin en el

computador de un sistema usando FluidSim. En este orden de ideas se hace estrictamente

necesario que el participante sepa identificar y usar los elementos fsicos que se


36

involucran en el montaje (Bloque de vlvulas, bloque de pulsadores-interruptores-

indicadores visuales, sensores de todos los tipos, temporizadores, contadores, y otros,

pertenecientes a los equipos de enseanza de Festo Didactic)1.

1.2.1. Mtodo Cascada

El mtodo Cascada en Electroneumtica tiene la misma teora base que el mtodo

cascada en neumtica (la separacin de la secuencia en grupos se realiza de la misma

manera); pero para el caso de los circuitos electroneumticos, se usan relevos para activar

o desactivar un grupo.

Para disear un circuito electroneumtico, es necesario realizar los siguientes pasos, para

llegar a un resultado ptimo:

1. Analizar el problema e identificar los actuadores y sensores a utilizar en el diseo, con

su respectiva simbologa descrita en el primer paso del mtodo cascada en

neumtica.

2. Establecer la secuencia de movimientos de los actuadores, estableciendo los signos

de los movimientos como se muestra en la Figura 3. Por ejemplo:

A+ B+ B- A-

3. Dividir la secuencia en grupos teniendo en cuenta la teora explicada para la creacin

de grupos en neumtica.

1 Se recomienda a los participantes revisar en la pgina de festo didactic, (www.festo.com/didactic), por los

sistemas de enseanza para neumtica y electroneumtica, cuyas referencias son TP101, TP102, TP201 y TP202, de esta manera el grupo puede hacerse una idea de cmo lucen los elementos, y evitar sorpresas durante las competencias.


37

4. Se establece que elemento o sensor es el encargado de hacer el cambio de un

movimiento a otro con una flecha por encima indicando el sensor correspondiente, y

con una flecha por debajo el encargado de hacer cambio de grupo. Ejemplo:

5. Se establece el numero de relevos necesarios para la secuencia bsica con la

aplicacin de la siguiente frmula:

En donde: es el nmero de relevos y es el nmero de grupos; teniendo que para

este caso se tendr dos 1 relevo.

6. Se ponen los actuadores cada uno con su vlvula 5/2 activadas

electromagnticamente, se realiza toda la conexin neumtica, se ponen los sensores

de cada elemento y se identifican los solenoides de las vlvulas como se muestra en la

Figura 30.

Figura 30: Actuadores y Vlvulas de Control Electroneumtico

7. Se comienza a disear la secuencia de principio a fin, comenzando por instalar la

fuente, y diseando la alimentacin del primer grupo (Primer relevo) con las


38

condiciones tomadas de la secuencia de cambios de grupos y teniendo en cuenta que

hay que hacer que tenga memoria cada uno de los relevos que se calcularon

anteriormente. Posteriormente el segundo grupo se hace el mismo esquema con

memoria sin embargo se agrega la condicin de cambio de grupo, la memoria debe

ser interrumpida en todos los casos por el relevo siguiente. Sin embargo el ltimo

debe ser interrumpido por el ltimo sensor de cambio. La configuracin para que

tengan memoria los relevos es el mostrado en Figura 31:

Figura 31: Configuracin para obtener Relevos con memoria

De modo que al oprimir el pulsador START el relevo se

energiza y atreves del contacto normalmente abierto

quede energizado

8. Se Realizan las lneas de alimentacin de cada grupo teniendo en cuenta que cada

lnea va alimentada de la fuente a travs de un contacto normalmente abierto del

relevo de cada grupo, la ltima lnea de alimentacin de grupo est conectada a la

fuente a travs de contactos normalmente cerrados de todos los relevos involucrados

en la seleccin de grupos.


39

9. Se procede a realizar la etapa de conexiones de las electrovlvulas de la siguiente

manera, el primer movimiento de cada grupo se conecta directamente a la lnea de

alimentacin del respectivo grupo, los siguientes movimientos del grupo se conectan

a la lnea en serie con el sensor o elemento encargado del cambio de movimiento.

Ejemplo 4:

Suponiendo el mismo Ejemplo 1 con la misma secuencia (A+ B+ B- C+ C- A-), pero

resolvindolo con el mtodo cascada con electroneumtica, se tendra:

No. Cilindros = 3 (A, B, C)


Figura 32: Actuadores y Vlvulas de Control, Ejemplo 4.

Grupos = 3

Cambios de Grupo y Movimientos =

Relevos de Cambio de Grupo = 2

A+ B+ / B- C+ / C- A- I II III


40

Se hace la etapa de control nicamente con dos relevos (K0 y K1) teniendo en cuenta

que el cambio de grupo quita la memoria del primer grupo y que la memoria del

segundo grupo la des-energiza el sensor del cilindro C afuera, como se muestra en

Figura 33.

Figura 33: Relevos de Cambio de grupos, Ejemplo 4.

Por ltimo se hace la parte de accionamiento de las vlvulas, la cual se debe hacer de

la siguiente forma:

Se hace una lnea para cada grupo, cada lnea va unida a la fuente a travs de un

contacto abierto de cada relevo consecutivamente y la ltima lnea al no tener

relevo se una a travs de contactos cerrados de cada relevo as:


41

Figura 34: Cambios de Grupos, Ejemplo 4.

El primer movimiento de cada grupo se conecta directamente a la lnea de la

siguiente forma:

Figura 35: Primero Movimiento de los grupos, Ejemplo 3.


42

Los siguientes movimientos se hacen teniendo en cuenta el sensor o el elemento

que hace el cambio de movimiento como lo muestra la Figura 36:


Al finalizar estos pasos, se tiene la secuencia completa, y ahora si se podrn acoplar todos

los elementos de control que pueda tener el proceso.

1.2.2. Mtodo Paso a Paso

Al igual que el mtodo cascada, el mtodo paso a paso tiene la misma teora base de la

aplicada en electroneumtica solo que este mtodo para electroneumtica es mucho ms

largo de realizar que el mtodo cascada, este mtodo consiste en dividir la secuencia por

cada movimiento que se genere. Siguiendo los pasos descritos a continuacin se debe

llegar al resultado esperado:

1. Analizar el problema e identificar los actuadores y sensores a utilizar en el diseo, con

su respectiva simbologa descrita en el primer paso del mtodo cascada en

neumtica.

2. Establecer la secuencia de movimientos de los actuadores, estableciendo los signos

de los movimientos como se muestra en la Figura 3. Por ejemplo:


43

A+ B+ B- A-

3. Se calcula el numero de relevos con la siguiente ecuacin:

En donde: es el nmero de vlvulas y es el nmero de movimientos; teniendo que

para este caso se tendrn cuatro (cuatro) relevos.

4. Se ponen los actuadores cada uno con su vlvula 5/2 activadas

electromagnticamente, se realiza toda la conexin neumtica, se ponen los sensores

de cada elemento y se identifican los solenoides de las vlvulas, como se muestra en

la Figura 30.

5. Se inicia energizando el primer relevo (Primer movimiento) a travs del pulsador de

inicio y se memoriza la activacin del relevo, el encargado de interrumpir la seal de

memoria es el relevo del siguiente movimiento. Para los otros movimientos se replica

el esquema pero la activacin estar dependiendo de los elementos que hacen

cambio de movimientos. Es importante tener en cuenta que un paso habilita el

siguiente y deshabilita el anterior.

Figura 37: Configuracin de relevos paso a paso, electroneumtica

6. Se procede a realizar la etapa de conexin de las electrovlvulas, en donde se conecta

el respectivo relevo del movimiento al respectivo solenoide de la vlvula.


44

Figura 38: Configuracin de pasos y movimientos, electroneumtica

Ejemplo 5:

Suponiendo el mismo Ejemplo 1 con la misma secuencia (A+ B+ B- C+ C- A-), pero

resolvindolo con el mtodo cascada con electroneumtica, se tendra:

No. Cilindros = 3 (A, B, C)


La configuracin de los cilindros, vlvulas de control y sensores se puede observar en

la Figura 32.


Numero de relevos = 6


45

Se hace la etapa de control activando y desactivando cada paso.

Figura 39: Configuracin Pasos, Ejemplo 5.

Etapa de control de vlvulas:

Figura 40: Activacin y Desactivacin de Vlvulas de control, Ejemplo 5.

Diseo final:


46


Al finalizar estos pasos, se tiene la secuencia completa, y ahora si se podrn acoplar todos

los elementos de control que pueda tener el proceso.

1.2.3. Elementos Complementarios de Control

En la realizacin de los montajes automtico o semiautomtico se hacen necesarios en

muchos casos usar elementos que ayudan a controlar variables como el tiempo y nmeros

de repeticiones. Sin embargo a continuacin se tratar del uso de los temporizadores y de

los contadores, en donde se mostrarn ejemplos sencillos para comprender su uso y

posteriormente se har un ejercicio de mayor complejidad para entender a que se hace

referencia cuando se dice que se necesita lgica e intuicin (se omiten vlvulas de presin

y otras, pues en el caso de electroneumtica estos sensores funcionan de manera similar a

los utilizados para la deteccin de las posicin del cilindro y por ende la integracin de los

mismos al resto del circuito resulta bastante sencilla).

Temporizadores

En electro-neumtica la temporizacin se hace a travs de relevos con retardos, para

nuestro estudio nos concentraremos en el relevo con retardo a la conexin (on delay o

con desaceleracin de arranque) y relevo con retardo a la desconexin (off delay o con

desaceleracin de cada). Es importante tener presente cual es el modo de operacin de


47

cada uno, pues se les puede poner contactos normalmente cerrados o abiertos, es decir,

que se pueden usar de muchas formas.

Retardo a la conexin: Una vez que el relevo es energizado empieza a correr el tiempo

(funciona con flanco de subida), transcurrido ste, los contactos que se encuentren

relacionados con el relevo conmutan. Es importante que la seal de alimentacin del

relevo no se pueda cortar durante el conteo del tiempo pues no se activa, por eso se

sugiere usar el mtodo para memorizar la seal de los relevos. Un ejemplo sencillo es

el de retardar el tiempo de salida de un cilindro como se muestra en la Figura 42:

Figura 42: Configuracin del retardo a la conexin en electroneumtica

En el ejemplo anterior se us un interruptor para mantener la seal activa, sin embargo,

se pudo haber usado un pulsador y memorizarlo. Se sugiere hacer el anterior montaje

para ver realmente el funcionamiento de este retardo.

Retardo a la desconexin: Una vez que el relevo se energiza lo contactos relacionados

a ste conmutan, en el momento que se des energiza comienza a correr el tiempo, y

una vez transcurrido los contactos vuelven a su estado normal. En el ejemplo

mostrado en la Figura 43 en el momento que se conmute el interruptor el cilindro


48

saldr, cundo se vuelva a conmutar el interruptor pasarn 5 segundos antes que el

cilindro retorne a su posicin.

Figura 43: Configuracin del retardo a la desconexin en electroneumtica

Contadores:

Los contadores son normalmente usados para contabilizar el nmero de repeticiones de

un movimiento determinado, en electro-neumtica se usa a travs de un relevo el cual

tiene un indicador que muestra el nmero de repeticiones, este funciona por flanco

ascendente y tiene reset para volver a ceros los parmetros. El principal parmetro a

tener en cuenta en el contador es el set point o denominacin de la conexin, esto hace

referencia a el numero de la repeticin en la cual los contactos relacionados al relevo

contador conmutan.

En las competencias se usan de diversas formas, sin embargo la ms compleja resulta

cuando se pide que cierta parte de la secuencia se tenga que realizar un nmero

determinado de veces y despus seguir con el resto de la secuencia.


49

Figura 44: Contadores en electroneumtica

El contador inicia en el valor seleccionado y con cada flanco ascendente se decrementa en

uno el valor, hasta llegar a cero y conmutar los contactos. En este ejemplo se debe

presionar el pulsador de START 5 veces para sacar el actuador, y despus se hace

necesario presionar el Reset para retornar el cilindro.

Ejemplo 6:

Secuencia necesaria:

Se requiere que antes que entre A el cilindro B debe entrar y salir un nmero

determinado de veces por un contador; cada vez que el cilindro B este afuera debe

esperar 5 segundos antes de entrar.

La solucin a este ejemplo esta mostrada en la Figura 45, y es necesario usar la

configuracin de cilindros y vlvulas de control mostrados en la Figura 30. En donde KC es el

relevo del contador y KT es el relevo del temporizador.


50

Figura 45: Solucin ejemplo de elementos de control electroneumticos

1.2.4. Recomendaciones

A la hora de realizar las pruebas de electroneumtica en las Olimpiadas Nacionales de

Mecatrnica, hay que tener en cuenta las siguientes recomendaciones:

Si se realiza pruebas sobre el simulador, realizar secuencia bsica y despus de tener

la secuencia funcionando proceder a crear nuevo archivo en el cual se copia y se pega

lo que se tiene hasta ese punto, con el fin de que todas las modificaciones que se

realicen se hagan sobre otro archivo y asegurar en todo momento poder presentar la

secuencia bsica, que en resumidas cuentas es clave en la puntuacin.

Tener mucho cuidado con las mrgenes de las hojas y conexiones errneas que

existan en la simulacin, ya que pueden calificar que no salga ningn error o mensaje

en la simulacin.

Poner unidades de mantenimiento si son necesarias, y ajustar bien las presiones del

compresor y las unidades de mantenimiento segn lo requerido.


51

Para agregar una vlvula en FluidSim lo ms recomendable es acceder al men:

Neumtica/Vlvulas/Vlvulas de vas de uso frecuente/accionadas por solenoides

(Activadas Electroneumticamente). Con esto ahorramos tiempo en la puesta a punto

de la vlvula (Silenciadores, tipos de accionamiento, muelles, etc).

Para los montajes de estos circuitos se recomienda revisar el estado del

funcionamiento de los elementos como sensores, pulsadores y electrovlvulas y

relevos y cables de conexin, ya que estos pueden hacer que el equipo pierda un

tiempo valioso a la hora de rectificar el funcionamiento del circuito final.

Es importante tener claro la simbologa de todos los sensores pues se califica que se

haya usado el sensor que se pide, a continuacin se mostrarn algunos de los

sensores ms usados y la forma de incluirlos.

Presstatos: En FluidSim a la hora de usar los presstatos se hace necesario incluir

una parte mecnica que se encuentra en el pilar de neumtica/sensores e

instrumentacin de medidas, este elemento que se selecciona de este subgrupo es

el que se conectara a la parte neumtica del sistema. Otra parte se incluye en la

parte de control, pero el elemento que se agrega se hace desde los sensores e

instrumentos de medidas de componentes elctricos. Este procedimiento tambin

se debe realizar con caudalmetros y otros sensores de este tipo. Estos elementos

siempre se debe tener en cuenta la presin de configuracin que deban tener segn

la funcin a realizar.

Cuando se habla de finales de carrera, es posible que pidan contactos especiales

como contactos Reed, por esta razn una vez que el contacto normalmente abierto

se encuentre referenciado al final de carrera se debe hacer doble clic y segn como

se muestra en la Figura 46 seleccionar el tipo de contacto.


52

Figura 46: Configuracin de Contactos Reed.

Sensor Capacitivo, inductivo, ptico y magntico: Todos estos sensores se conectan

de la misma forma, referenciando el sensor a un punto de la carrera del cilindro.

Figura 47: Ejemplo de Conexin electroneumtica de un Sensor Capacitivo.


53

1.2.5. Fundamentos para la Nomenclatura ISO 1219

Aunque existe diferente material respecto a la manera como se debe realizar la

nomenclatura de elementos en un circuito neumtico, se ofrece la siguiente gua y

ejemplos a manera de informacin que puede ser fcilmente trasladada al desarrollo de

las pruebas:

La nomenclatura de un circuito neumtico debe realizarse a partir de los

actuadores, identificndolos primero con un nmero seguido por la letra A. el

nmero identificar el grupo que comanda dicho actuador, as por ejemplo 2A

significa el actuador del grupo dos; si llegado el caso se tiene ms de un

actuador por grupo se procede como sigue: 2A1, 2A2, etc.

Una vez designados los actuadores se procede a designar aquellas vlvulas y

sensores que estn directamente conectados a este, tenga en cuenta que para

el caso de vlvulas se utiliza la letra V, para el caso de sensores y otros

elementos de entrada se utiliza la letra S, y para otros elementos (grupos de

vlvulas, temporizadores, vlvulas de secuencia, filtros, etc.) se utiliza la letra Z.

Entonces, las vlvulas que estn conectadas al actuador pertenecern a ese

mismo grupo (en nuestro ejemplo el grupo 2) y de all en adelante con el

consecutivo; as por ejemplo, se pueden tener las vlvulas 2V1, 2V2, 2V3, etc., y

los sensores 1S1, 1S2, 1S3 etc. Procure dentro de lo posible realizar asignar el

consecutivo ms bajo al elemento que se encuentre ms abajo dentro del

circuito y aumente el ndice a medida que se acerca a los actuadores.

Finalmente se designan aquellos elementos que no estn directamente

conectados a un actuador en especfico, para estos se utilizan las mismas letras

de designacin ya explicadas y se utiliza el grupo cero 0.

Obsrvese la siguiente figura a manera de ejemplo ilustrativo de lo anteriormente

explicado, se recomienda realizar una revisin de los circuitos de ejemplo que contiene el

Fluidisim (inclusive en su versin de demostracin), para observar diferentes maneras de


54

designar los elementos siguiendo estas normas bsicas, as mismo y a manera de prctica,

se recomienda realizar una nueva nomenclatura de los ejercicios hasta ahora realizados.

Figura 48: Circuito Neumtico de acuerdo a ISO 1219.


55

2. CONTROLADORES LGICOS PROGRAMABLES PLC

Los controladores lgicos programables se conocen comnmente como PLC (por sus siglas

en ingles: Programmable Logic Controller) es un dispositivo electrnico capaz de controlar

desde procesos simples hasta procesos industriales, por esta razn en las olimpiadas, es el

campo ms importante a tener en cuenta, este pilar abarca la solucin de problemas de

automatizacin de procesos usando solo elementos de la programacin junto con

sensores (fines de carrera, magnticos, inductivos, etc), accionamientos mecnicos

(pulsadores, interruptores, etc), y actuadores tanto neumticos (cilindros) como elctricos

(bombillos, motores elctricos, etc).

Es completamente necesario que se tenga un previo entrenamiento con circuitos

neumticos y electroneumticos ya que estos son la base para complementar la

automatizacin con PLC, estos por lo general usan el mismo principio de actuadores y

vlvulas de control que los circuitos electroneumticos; para poder avanzar se requiere un

previo conocimiento y entrenamiento de programacin usando el lenguaje de cdigo

llamado statement list con el programa FST de Festo, y usando la programacin bsica

con STEP para programar las secuencias y pasos a seguir en el proceso; as como

conocer la forma de programar las salidas y las entradas del PLC para cierto proceso.

En este captulo del documento, se abarcarn temas tales como uso de temporizadores,

contadores y programas multitareas para asegurar un mximo desempeo del programa,

tambin se explicar la programacin avanzada sin STEP usando solo banderas, Sub-

Programas (Modulos de Funcin CFM y Modulos de Programa CMP), tambin tipos de

comunicaciones como la Serial y la Ethernet, programacin y comunicacin con Excel y

por ltimo los Sistemas Modulares de Produccin - MPS (por sus siglas en ingles: Modular

Production System)


56

2.1. Temporizadores, Contadores y Multitareas.

Para programar un PLC con la mayor eficiencia posible es recomendable trabajar con

algunos elementos internos del PLC como lo son: Temporizadores, Contadores, y Procesos

Multitareas; ya que estos ayudarn a simplificar la programacin y analizar mejor el

programa, por tal razn se har una breve explicacin de cada elemento en este

documento.

2.1.1. Mdulos de Tiempo

Son elementos de control de tiempo con los que cuentan los PLC internamente; estos

mdulos se pueden representar como se muestra en la Figura 49. Y estn compuestos por

tres conexiones, que son: activacin del modulo, definicin de tiempo y la salida que

determina si el modulo esta activo o no; adicional a esto, se puede visualizar el tiempo

transcurrido.

Figura 49: Modulo de Temporizacin.

Estas entradas y salidas, reciben un nombre en FST as:

El modulo de tiempo (Temporizador), es llamado T, y existen 256 temporizadores

en el FST, teniendo desde T0 hasta T255.

El tiempo es iniciado configurando el modulo as:

SET T# 'Temporizador

WITH #s


57

el valor nominal del tiempo configurado se encuentra en el temporizador

preseleccionado: TP0 TP255, dependiendo del temporizador que se haya usado.

El modulo de tiempo toma un valor de 1 despus de iniciado el tiempo, y se

convierte en 0 cuando el tiempo configurado se haya terminado.

El valor actual del modulo de tiempo, se encuentran en las palabras de tiempo: TW0

TW255 dependiendo del temporizador que se use.

Estos elementos se pueden activar o desactivar y dependiendo de su estado y para lo que

se necesite pueden traer consecuencias en el proceso, es decir, si se necesita que un

proceso se detenga durante un tiempo predeterminado, lo que se hace es activar un

temporizador y detener el proceso mientras transcurre el tiempo, al terminarse el tiempo,

el temporizador se desactiva y el proceso est listo para continuar. Analizando lo anterior

es posible darse cuenta que los temporizadores son variables activas o inactivas, por tal

razn se pueden usar para condiciones preguntando si est o no activa la variable de

tiempo; por ejemplo, si se necesita encender un bombillo durante 3 segundos despus de

haber presionado el pulsador estar, se debe programar as:

STEP 0

IF START 'Seal de Entrada del Pulsador

THEN SET T1 'Temporizador

WITH 3s

SET BOMBILLO 'Seal de Salida del Bombillo

STEP 1

IF N T1 'Temporizador

THEN RESET BOMBILLO 'Seal de Salida del Bombillo

JMP TO 0

O en caso de que se requiera retener un cilindro en su posicin externa durante un

determinado tiempo se debe programar as:

STEP 0


AND S0 'Sensor Cilindro A, Adentro

THEN SET Y0 'Seal de Salida del Cilindro A

RESET Y1 'Seal de Retorno del Cilindro A

STEP 1

IF S1 'Sensor Cilindro A, Afuera


58

THEN SET T1 'Temporizador

WITH 2s

STEP 2

IF N T1 'Temporizador

THEN RESET Y0 'Seal de Salida del Cilindro

SET Y1 'Seal de Retorno del Cilindro A

JMP TO 0

2.1.2. Modulo de Conteo

Son elementos de control que sirven para llevar un registro de conteo de algn elemento

fsico, ciclos, entre otras cosas; este modulo se puede visualizar al igual que el modulo de

tiempo. El modulo de conteo que se muestra en la Figura 50, est compuesto por

conexiones como: Incremento, Decremento, Valor Nominal, Reset, Estado, Valor Actual;

estas conexiones son las que hacen posible la configuracin y funcionamiento del modulo.

Figura 50: Modulo de Conteo

Estas entradas y salidas, reciben un nombre en FST as:

El modulo de conteo (Contador), es llamado C, y existen 256 contadores en el FST,

teniendo desde C0 hasta C255.

El contador es iniciado configurando el modulo dependiendo del uso: en Incremento

o en Decremento.

el valor nominal del conteo configurado se encuentra en el contador preseleccionado:

CP0 CP255, dependiendo del contador que se haya usado.

El valor actual del modulo de conteo, se encuentran en las palabras de conteo: CW0

CW255 dependiendo del contador que se use.


59

En el proceso de conteo se necesita identificar un cambio en una seal ya que si no se

detecta el cambio el modulo contar indeterminadamente, es decir debe existir un

cambio de 0 a 1 y despus otro cambio a 0 en la seal a contar; el modulo de Conteo

se puede trabajar de dos formas, en Incremento y en Decremento dependiendo de la

utilidad que se le vaya a dar, pero tambin se puede trabajar usando registros, para

entender mejor cada modulo, se explicar mediante un ejemplo cada uno.

Contador en Incremento:

El contador en incremento se activa configurando la seal del valor nominal (CP#), la

variable C# estar activa mientras el contador este por debajo del valor nominal, se debe

usar el comando INC para incrementar la seal cada vez que se necesite en el programa;

la seal de la variable C# se desactivar solo cuando el valor del contador sea mayor o

igual al valor nominal; asumiendo que se necesita contar la seal de un sensor de piezas

en un proceso cualquiera, y despus de que pasen 5 piezas una luz indicadora se debe

activar se debe programar as:

STEP 0

IF NOP

THEN LOAD V5

TO CP0 'Valor Nominal del Contador 0

SET C0 'Contador - En Incremento

STEP 1

IF REINICIO 'Pulsador de Reset para el Contador

THEN JMP TO 0

IF PIEZA 'Sensor de Piezas

THEN INC C0 'Contador - En Incremento

STEP 2

IF REINICIO 'Pulsador de Reset para el

Contador

THEN RESET C1 'Contador En Incremento

JMP TO 0

IF N PIEZA 'Sensor de Piezas

AND C0 'Contador - En Incremento

THEN JMP TO 1


AND N C0 'Contador - En Incremento

THEN SET BOMBILLO 'Seal de Salida del Bombillo


60

STEP 3

IF REINICIO 'Pulsador de Reset para el

Contador


JMP TO 0

Contador en Decremento:

El contador en decremento se diferencia del incremento en la forma de configurar el

modulo; este se activa configurando la seal del valor actual (CW#) en vez del nominal, la

variable C# estar activa mientras el contador sea mayor a cero (0), y se debe usar el

comando DEC para decrementar la seal cada vez que se necesite en el programa; la

seal de la variable C# se desactivar solo cuando el valor del contador sea igual a cero;

asumiendo que se necesita contar la seal de un sensor de piezas en un proceso

cualquiera, y despus de que pasen 5 piezas una luz indicadora se debe activar se debe

programar as:

STEP 0

IF NOP

THEN SET C1 'Contador - En Decremento

LOAD V5

TO CW1 'Valor Actual del Contador 1

STEP 1


THEN JMP TO 0


THEN DEC C1 'Contador - En Decremento

STEP 2


THEN RESET C1 'Contador - En Decremento

JMP TO 0


AND C1 'Contador - En Decremento

THEN JMP TO 1


AND N C1 'Contador - En Decremento

THEN SET BOMBILLO 'Seal de Salida del Bombillo

STEP 3



JMP TO 0

Contador Usando Registros:


61

Los registros son variables que tiene un PLC para poder guardar informacin numrica,

estos sirve tambin para contar ya que estos se pueden incrementar o decrementar, pero

la ventaja es que a estos registros se les pueden aplicar operaciones como suma, resta,

multiplicacin y divisin, otra ventaja es que la configuracin de estos contadores es ms

sencilla que usando los contadores normales, ya que solo basta con darle un valor inicial al

registro y despus preguntar si es igual, menor o mayor que el valor deseado, y estos si se

pueden usar en otros programas como Excel ya que estos se pueden visualizar y los

contadores no; el nombre de las variables de registro son R#, en donde # es el numero

del registro que se va a usar. Por ejemplo: asumiendo que se necesita contar la seal de

un sensor de piezas en un proceso cualquiera, y despus de que pasen 5 piezas una luz

indicadora se debe activar se debe programar as:

STEP 0


THEN LOAD V0

TO R1 'Registro para el Contador

STEP 1


THEN JMP TO 0


THEN INC R1 'Registro para el Contador

STEP 2


THEN LOAD V0

TO R1 'Registro para el Contador

JMP TO 0


AND ( R1 'Registro para el Contador

< V5 )

THEN JMP TO 1


AND ( R1 'Registro para el Contador


62

2.1.3. Multitareas

La programacin usando multitareas es la ms eficiente y la ms rpida de entender y

programar ya que utiliza varios programas dentro de la programacin del proceso a

realizar; FST soporta hasta 64 programas (P0 P63), los cuales trabajan simultneamente.

Al referirse a simultaneo es una forma de decir ya que el PLC no cuenta con 64

microprocesadores, como consecuencia el nico procesador que tiene el PLC intercambia

muy rpidamente entre los pro

Download (1)

Documents

Transcript of Download (1)