LÓGICA CABLEADA
Lógica cableada o Lógica de contactos, es una forma de realizar controles, en la que el
tratamiento de datos (botonería, fines de carrera, sensores, presóstatos, etc.), se efectúa
en conjunto con contactores o relés auxiliares, frecuentemente asociados a
temporizadores y contadores.
En la acepción de los técnicos electromecánicos, la lógica cableada industrial es la técnica
de diseño de pequeños a complejos autómatas utilizados en plantas industriales,
básicamente con relés cableados. En la acepción de los técnicos en telecomunicaciones y
en informática, la lógica cableada utiliza compuertas lógicas discretas (TTL, CMOS,
HCMOS), para implementar circuitos digitales de comunicaciones y computadores.
La lógica cableada industrial consiste en el diseño de automatismos con circuitos
cableados entre contactos auxiliares de relés electromecánicos, contactores de potencia,
relés temporizados, diodos, relés de protección, válvulas óleo-hidráulicas o neumáticas y
otros componentes. Los cableados incluyen funciones de comando y control, de
señalización, de protección y de potencia. La potencia además de circuitos eléctricos
comprende a los circuitos neumáticos (mando por aire a presión) u óleo hidráulicos
(mando por aceite a presión). Crea automatismos rígidos, capaces de realizar una serie de
tareas en forma secuencial, sin posibilidad de cambiar variables y parámetros. Si se ha de
realizar otra tarea será necesario realizar un nuevo diseño. Se emplea en automatismos
pequeños, o en lugares críticos, donde la seguridad de personas y máquinas, no puede
depender de la falla de un programa de computación.
En sistemas mayores también se emplea el autómata programable, entre los que se
encuentran los PLC controlador lógico programable, la UTR Unidad Terminal Remota o los
relés programables, o computadoras o servidores de uso industrial. Estos autómatas no se
programan en lenguajes tradicionales como cualquier computador, se programan en
Ladder, lenguaje en el cual las instrucciones no son otra cosa que líneas de lógica
cableada. Así el conocimiento de la lógica cableada es de fundamental importancia para
quien programa un autómata programable o PLC. La lógica cableada más que una técnica,
hoy en día constituye una filosofía que permite estructurar circuitos en forma ordenada,
prolija y segura, sea en circuitos cableados o programados. La práctica de la lógica
cableada ha sido asimilada por otras ramas de la tecnología como las telecomunicaciones
y la informática, con la introducción del cableado estructurado en edificios, oficinas y
locales comerciales, lugares donde es poco usual el manejo de esquemas y dibujos de las
instalaciones eléctricas, excepto la de potencia, la elaboración de proyectos de detalle y el
cableado en forma ordenada mediante el uso borneras y regletas, que pasaron a llamarse
“patcheras” en el caso de las redes de datos y telefonía.
A continuación se describen los elementos, circuitos básicos y la filosofía comúnmente
empleada en la lógica cableada. Los dibujos de los componentes presentados no siguen
una normativa en particular, correspondiendo al estilo europeo de dibujo de esquemas
eléctricos (normas CEI internacional, DIN de Alemania, NF de Francia).
Estados OFF y ON:
Desde un punto de vista teórico la lógica cableada opera de igual forma que la lógica
tradicional, donde las variables solamente pueden tener dos estados posibles,
“verdadero” o “falso”. En la lógica cableada “verdadero” es igual a un relé energizado o en
ON, en el caso de los contactos el estado “verdadero” es el contacto CERRADO. En la
lógica cableada un “falso” es igual a un relé desenergizado o en OFF, para los contactos el
Estado “falso” es el contacto ABIERTO.
En los circuitos electrónicos digitales o compuerta lógica, se utiliza el sistema numérico
binario; donde verdadero es igual a “1” y falso es igual a “0”. Si se trata de un sistema
neumático u óleo-hidráulico, “verdadero” es igual a una válvula ABIERTA y “falso” es igual
a una válvula CERRADA. Si se trata del mando de la válvula, “verdadero” corresponde al
mando accionado (puede ser un solenoide, una palanca de accionamiento manual o un
simple volante), y “falso” corresponde al estado no accionado del mando.
Bornera Frontera:
Los cables de mando que van del gabinete de la lógica cableada a la planta o al campo, son
cables armados, rígidos debido al fleje de protección mecánica y/o a una pantalla de cobre
o aluminio, la cual es aterrada en ambos extremos. Esa rigidez impide realizar el cableado
directamente hasta los bornes de los relés de la lógica cableada. Para resolver este
problema se utilizan borneras frontera, donde llegan los cables armados desde la planta y
salen hacia el interior del gabinete cables mono polares y flexibles, cables de mando o de
potencia. Para el ingreso de los cables al gabinete se emplean los llamados pasa cables o
prensaestopas, que impiden la entrada de insectos, polvo y humedad al gabinete.
Relés:
En la lógica cableada, la mención de “relé” comprende diversos equipamientos eléctricos y
electrónicos, de distinta tecnología y función. Todos estos equipos, aparatos o
instrumentos, son considerados como “relés” en la medida de que cuenten con contactos
eléctricos NA o NC de salida, y realicen una función particular de Lógica Cableada. Las
entradas pueden ser bobinas, circuitos de medida de tensión, corriente, temperatura,
nivel, accionamientos físicos y manuales, comandos remotos, por cable o por
radiofrecuencia.
Así por ejemplo, un relé puede ser un control de nivel o temperatura, un relé
electromecánico, un contactor con contactos auxiliares, un relé de sub o sobre tensión, un
relé de protección y decenas de otras funciones, que distintos fabricantes de
equipamiento industrial catalogan como “relés”.
Elementos de mando:
Los elementos de mando básicos en lógica cableada son los siguientes:
Contactos NA y NC:
Los contactos eléctricos de los relés pueden ser contactos normalmente abiertos NA, o
normalmente cerrados NC. En los esquemas de conexión y de principio siempre se dibuja
el contacto en su posición de reposo, con la bobina del relé desenergizada o en OFF. El
contacto NC se dibuja cerrado y el contacto NA se dibuja abierto. Los relés se dibujan sin
energizar.
Primera cifra: Número de orden en la cámara de contacto
Segunda cifra:
1 ó 2: N.C.
3 ó 4: N.A
5 ó 6: especial N.C.
7 ó 8: especial N.A.
Funciones Lógicas:
Las funciones lógicas empleadas en la lógica cableada son las mismas que en los circuitos
digitales o compuertas lógicas. La denominada comúnmente repetición de contacto,
“buffer” en un circuito digital. La inversión en un contacto normal cerrado, el NOT
(negación) en circuito digital: El AND lógico (función “y”), lograda con contactos en serie.
El OR lógico (función “o”), logrado con contactos en paralelo.
Hay disponible una gran variedad de compuertas estándar, cada una con
un comportamiento perfectamente definido, y es posible combinarlas entre si para
obtener funciones nuevas. Desde el punto de vista practico, podemos considerar a
cada compuerta como una caja negra, en la que se introducen valores digitales en
sus entradas, y el valor del resultado aparece en la salida.
Cada compuerta tiene asociada una tabla de verdad, que expresa en forma de lista el
estado de su salida para cada combinación posible de estados en la(s) entrada(s). Si bien
al pensar en la electrónica digital es muy común que asumamos que se trata de
una tecnología relativamente nueva, vale la pena recordar que Claude E.
Shannon experimento con relés e interruptores conectados en serie, paralelo u
otras configuraciones para crear las primeras compuertas lógicas funcionales. En la
actualidad, una compuerta es un conjunto de transistores dentro de un circuito
integrado, que puede contener cientos de ellas. De hecho, un microprocesador no
es más que un chip compuesto por millones de compuertas lógicas.
Veremos a continuación que símbolo se utiliza para cada compuerta, y su tabla de
verdad.
Compuerta IF (SI):
La puerta lógica IF, llamada SI en
castellano, realiza la función booleana
de la igualdad. En los esquemas de un
circuito electrónico se simboliza
mediante un triangulo, cuya base
corresponde a la entrada, y el vértice
opuesto la salida. Su tabla de verdad es también sencilla: la salida toma
siempre el valor de la entrada. Esto significa que si en su entrada hay un nivel de
tensión alto, también lo habrá en su salida; y si la entrada se encuentra en nivel
bajo, su salida también estará en ese estado. En electrónica, generalmente se utilizan
compuertas IF como amplificadores de corriente (buffers en ingles), para permitir
manejar dispositivos que tienen consumos de corriente elevados desde otros que solo
pueden entregar corrientes más débiles.
La compuerta IF es la más sencilla de todas
Compuerta NOT (NO):
Esta compuerta presenta en su salida un valor que
es el opuesto del que esta presente en su única
entrada. En efecto, su función es la negación, y
comparte con la compuerta IF la característica
de tener solo una entrada. Se utiliza cuando es necesario tener disponible un
valor lógico opuesto a uno dado. La figura muestra el símbolo utilizado en los
esquemas de circuitos para representar esta compuerta, y su tabla de verdad. Se
simboliza en un esquema eléctrico en el mismo símbolo que la compuerta IF, con un
pequeño circulo agregado en su salida, que representa la negación.
E estado de la salida es el opuesto al de la entrada
Compuerta AND (Y):
Con dos o más entradas, esta compuerta
realiza la función booleana de la multiplicación.
Su salida será un “1” cuando todas sus
entradas también estén en nivel alto. En
cualquier otro caso, la salida será un “0”. El
operador AND se lo asocia a la multiplicación, de la misma forma que
al operador SI se lo asociaba a la igualdad.
En efecto, el resultado de multiplicar entre si diferentes valores
binarios solo dará como resultado “1” cuando todos ellos también sean
1, como se puede ver en su tabla de verdad. Matemáticamente se lo
simboliza con el signo “x”.
Tabla de verdad de la compuerta AND de dos entradas
Es posible tener más de dos entradas
Podemos pensar en esta compuerta como una lámpara, que hace las veces de
salida, en serie con la fuente de alimentación y dos o mas interruptores, cada
uno oficiando de entrada. La lámpara se encenderá únicamente cuando todos los
interruptores estén cerrados. En este ejemplo, el estado de los interruptores es “1”
cuando están cerrados y 0 cuando están abiertos. La salida esta en 1 cuando la
lámpara esta encendida, y en 0 cuando esta apagada.
Circuito eléctrico equivalente a una compuerta AND
Compuerta OR (O):
La función booleana que realiza la compuerta OR
es la asociada a la suma, y matemáticamente la
expresamos como “+”. Esta compuerta presenta
un estado alto en su salida cuando al menos
una de sus entradas también esta en estado alto.
En cualquier otro caso, la salida será 0. Tal como
ocurre con las compuertas AND, el número de
entradas puede ser mayor a dos.
Tabla correspondiente a un OR de dos entradas
Con tres entradas, la tabla contiene el doble de estados posibles
Un circuito eléctrico equivalente a esta compuerta está compuesto por una lámpara
conectada en serie con la alimentación y con dos o más interruptores que a su vez
están conectados en paralelo entre sí. Nuevamente, los interruptores serían las
entradas, y la lámpara la salida. Si seguimos las convenciones fijadas en el ejemplo
visto al explicar la compuerta AND, tenemos que si ambos interruptores están
abiertos (o en 0), la lámpara permanece apagada. Pero basta que cerremos
uno o más de los interruptores para que la lámpara se encienda.
Compuerta NAND (NO Y):
Cualquier compuerta lógica se puede negar, esto es,
invertir el estado de su salida, simplemente agregando
una compuerta NOT que realice esa tarea. Debido a
que es una situación muy común, se fabrican
compuertas que ya están negadas internamente. Este es
el caso de la compuerta NAND: es simplemente la
negación de la compuerta AND vista anteriormente.
Esto modifica su tabla de verdad, de hecho la invierte (se dice que la niega)
quedando que la salida solo será un 0 cuando todas sus entradas estén en 1.
El pequeño círculo en su salida es el que simboliza la negación. El número de
entradas debe ser como mínimo de dos, pero no es raro encontrar NAND de 3 o más
entradas.
La compuerta NAND es una AND negada
Compuerta NOR (NO O):
De forma similar a lo explicado con la compuerta
NAND, una compuerta NOR es la negación de
una compuerta OR, obtenida agregando una etapa
NOT en su salida.
Como podemos ver en su tabla de verdad, la salida
de una compuerta NOR es 1 solamente cuando
todas sus entradas son 0. Igual que en casos anteriores, la negación se expresa en
los esquemas mediante un círculo en la salida. El número de entradas también puede
ser mayor a dos.
Tabla de verdad de la compuerta NOR
Compuerta XOR (O Exclusivo):
La compuerta OR vista anteriormente realiza la
operación lógica correspondiente al O inclusivo,
es decir, una o ambas de las entradas deben
estar en 1 para que la salida sea 1. Un ejemplo
de esta compuerta en lenguaje coloquial seria “Mañana iré de compras o al cine”.
Basta con que vaya de compras o al cine para que la afirmación sea verdadera.
En caso de que realice ambas cosas, la afirmación también es verdadera. Aquí es
donde la función XOR difiere de la OR: en una compuerta XOR la salida será 0
siempre que las entradas sean distintas entre si. En el ejemplo anterior, si se
tratase de la operación XOR, la salida seria 1 solamente si fuimos de
compras o si fuimos al cine, pero 0 si no fuimos a ninguno de esos lugares, o
si fuimos a ambos.
La salida es 1 cuando las entradas son diferentes
Esta característica hace de la compuerta XOR un componente imprescindible en los
circuitos sumadores de números binarios, tal como los utilizados en las calculadoras
electrónicas.
Compuerta NXOR (NO O Exclusivo):
No hay mucho para decir de esta compuerta. Como
se puede deducir de los casos anteriores, una
compuerta NXOR no es más que una XOR con su
salida negada, por lo que su salida estará en estado
alto solamente cuando sus entradas son iguales, y
en estado bajo para las demás combinaciones posibles.
Entrada A Entrada B Salida S0 0 10 1 01 0 01 1 1
Tabla de verdad de la compuerta NXOR
LABORATORIO DE POTENCIA FLUIDA
MANUAL DE PROCEDIMIENTOS LÓGICA ELÉCTRICA CABLEADA
Práctica N° 1:
1. Objetivos
Conocer y aplicar los principios de lógica eléctrica utilizada para el control de una
serie de operaciones hidráulicas o neumáticas.
Observar el funcionamiento de los elementos utilizados para hacer secuencia
lógica en su parte de control (relés) y para tener base de comparación con otros
elementos usados para tal fin.
2. Materiales
Bancos: malacate o electroneumático
Juego de cables para realizar las conexiones
3. Procedimiento
Con ayuda del auxiliar, observe e identifique el montaje hidráulico o neumático; el
circuito dado, en sus 2 fases: control y potencia y los elementos necesarios para
realizar el cableado (finales de carrera, relés, etc.)
Si se realiza el montaje en el banco electroneumático, conecte el compresor para
tener el aire disponible si es necesario, elimine el agua acumulada en el
deshumidificador.
Realice las conexiones del montaje eléctrico asignado
Pida al auxiliar verifique el cableado y luego opere el banco para observar el
funcionamiento de la lógica.
Ajuste de ser necesario el valor inicial de los temporizadores para el correcto
funcionamiento de la lógica de los montajes N° 2 y N° 3.
Tenga en cuenta que las lógicas dadas pueden ser conectadas en cualquiera de los
2 bancos (malacate o electroneumático), la diferencia en cuanto a la conexión
eléctrica radica en que L1 para el banco del malacate es de 110V AC y para el
electroneumático es de 24V AC.
Desconecte y haga conteo de número de cables y notifique al auxiliar y apague el
compresor si usó el banco electroneumático.
Secuencias lógicas eléctricas 1 y 2
4. Preguntas
Realice los cambios necesarios a la lógica del montaje N° 1 para dejarlo en ciclo
continuo.
Secuencia lógica eléctrica 3
Práctica N° 2:
1. Objetivos
Conocer y aplicar los principios de lógica neumática utilizada para el control de
una serie de operaciones neumáticas.
Observar el funcionamiento de los elementos utilizados para hacer secuencia
lógica.
2. Materiales
Bancos: Festo
3. Procedimiento
Con ayuda del auxiliar, observe e identifique los elementos neumáticos
disponibles en el banco, así como la forma de sujetarlos al tablero para su uso.
Conecte el compresor para tener el aire disponible, si es necesario, elimine el
agua acumulada en el deshumidificador.
Realice las conexiones del montaje eléctrico asignado.
Opere el banco para observar el funcionamiento de la lógica.
Ajuste de ser necesario el valor inicial de los temporizadores para el correcto
funcionamiento de la lógica de los montajes N° 2 y N° 3.
Una vez terminado desconecte y guarde los elementos neumáticos en su sitio y
notifique al auxiliar para verificar inventario.
Apague el compresor
Lógica neumática 1 y 2
Lógica neumática 3
Práctica N° 3:
1. Objetivos
Diseñar una lógica cableada para la secuencia asignada, con los elementos
neumáticos y la cantidad de elementos eléctricos (relés, temporizadores, et.)
disponibles.
2. Materiales
Bancos: electroneumático
Juego de cables para realizar las conexiones
3. Procedimiento
Pida al profesor con una semana de anterioridad la secuencia a diseñar a través
de la lógica eléctrica.
Conecte el compresor para tener el aire disponible, si es necesario, elimine el
agua acumulada en el deshumidificador.
Observe e identifique el montaje neumático y los elementos de control del mismo
(válvulas direccionales) que serán usadas.
Realice las conexiones del montaje eléctrico asignado.
Una vez comprobado su funcionamiento, solicita la aprobación del auxiliar o
profesor.
Desconecte y haga conteo del número de cables y notifique al auxiliar.
Apague el compresor
4. Observaciones
Recuerde que en este banco las válvulas direccionales electroneumáticas usadas al
igual que los relés y temporizadores utilizan 24V AC.
Si tiene que usar al cilindro conectado al preóstato, tenga en cuenta la presión de
aire del banco para calibrar el nivel al cual tiene que operar este elemento.
Elementos neumáticos disponibles
Práctica N° 4:
1. Objetivos
Diseñar una lógica cableada para la secuencia asignada, con los elementos
neumáticos y la cantidad de elementos eléctricos (relés, temporizadores, et.)
disponibles.
2. Materiales
Bancos: Malacate
Juego de cables para realizar las conexiones
3. Procedimiento
Pida al profesor con una semana de anterioridad la secuencia a diseñar a través
de la lógica eléctrica.
Observe e identifique el montaje neumático y los elementos de control del mismo
(válvulas direccionales) que serán usadas.
Realice las conexiones del montaje eléctrico asignado.
Una vez comprobado su funcionamiento, solicita la aprobación del auxiliar o
profesor.
Desconecte y haga conteo del número de cables y notifique al auxiliar.
4. Observaciones
Si en la lógica asignada tiene que operar la direccional que controla el malacate
para hacer subir o bajar el elevador (M+ M-), recuerde que esta direccional opera a
220V AC y por lo tanto la conexión en la sección de potencia se tiene que hacer
entre L1 y L2 (o dos fases), a diferencia dl resto de las válvulas direccionales del
banco que operan a 110V AC.
Para hacer descender la carga del elevador hay que realizarlo a ΔPMed para
garantizar el suave descenso y con tal acondicionamiento se debe diseñar la lógica.
Elementos hidráulicos disponibles
Práctica N° 5:
1. Objetivos
Diseñar una lógica cableada para la secuencia asignada, con los elementos
neumáticos disponibles.
2. Materiales
Bancos: Festo
3. Procedimiento
Pida al profesor con una semana de anterioridad la secuencia a diseñar a través
de la lógica eléctrica.
Conecte el compresor para tener el aire disponible, si es necesario, elimine el
agua acumulada en el deshumidificador.
Realice las conexiones del montaje eléctrico asignado.
Una vez comprobado su funcionamiento, solicita la aprobación del auxiliar o
profesor.
Una vez terminado desconecte y guarde los elementos neumáticos en su sitio y
notifique al auxiliar para verificar inventario.
Apague el compresor.
4. Observaciones
Recuerde que este banco posee una cantidad limitada de elementos neumáticos
para realizar lógica a la cual debe ajustarse el diseño de la secuencia.
Disposición de elementos para lógica neumática
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