15_2_diseno de controles electroneumaticos.pptx

Diseño de

SISTEMAS ELECTRO-NEUMÁTICOS

Y CONTROL ELECTRONEUMÁTICO

• Planificación e implementación de controles electroneumáticos

• Control secuencial

• Diseño del paro de emergencia

• Diseño de modos de operación

Ingeniería aplicada: Automatización

Sistemas electroneumáticos Planificación de sistemas electroneumáticos

Sistema electroneumáticos incluyen estaciones parcialmente automatizados hasta sistemas de

manufactura completamente automatizados compuestos de numerosas estaciones .

Es común que sistemas de control electroneumáticos se desarrollan para aplicaciones individuales,

diseñados especialmente para cada proyecto.

La planificación de sistema electro neumáticos se hace paso a paso lo que evita errores y facilita mantener

el costo bajo control

El desarrollo de un control electroneumático incluye los pasos primordiales:

I. Diseño del proyecto y preparación de los planos y documentos

II. Selección de la configuración del equipamiento eléctrico y neumático

III. Implementación

Sistemática del desarrollo de controles electroneumáticos


Sistemas electroneumáticos

Definición de la tarea• Croquis de posición, situación• Determinación de los requerimientos

Como implementar el sistema de control• Diseño conceptual• Selección de componentes

Diseño del sistema de control• Diagrama de función• Diagrama del circuito neumático• Diagrama de terminales• Lista de componentes

Pasos primordiales en el desarrollo de controles electroneumáticos

Instalación• Adquirir los componentes• Montaje de componentes eléctricos• Conexiones eléctrico del control electroneumático• Conexión de las mangueras de la parte de potencia

Pruebas• Carga del programa PLC (si se usa un PLC)• Comprobación del funcionameinto• Implementación de los cambios necesarios• Complementar la documentación

Dis

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Planificación de sistemas electroneumáticos

Diseño del sistema de control• Diagrama de función• Selección del PLC (CPU módulos entrada / salida)• Programación del PLC• Simulación del funcionamiento del programa

Instalación• Adquirir los componentes electoneumáticos y el

PLC• Conexiones eléctricos de entradas /salidas del PLC• Conexión de las mangueras de la parte de potencia

Aplicación de un controlador lógico programable PLC



Control por el operador• Elementos de control necesarios

• Modos de control (automático /manual etc.)

• Indicadores y displays

Actuadores

• Número total de actuadores

• Función de cada actuador

• Fuerza requerida, Velocidad ajustable, Frecuencia de operación etc…..

• Posición inicial (retractado / extendido, ….)

• Espacio disponible (longitud, diámetro, volumen, …)

• Frenos / Amortiguación si / no

Lista de especificaciones en el desarrollo de controles electroneumáticos




Secuencia de movimiento

Señales de sensores

• Orden de la función de los actuadores

• Número de pasos en la secuencia

• Condiciones de inicia de los pasos (final de carrera , presión alcanzado,

tiempo recorrido)

• Tipo de sensores

• Número de sensores requeridos

Comportamiento del

sistema

• Comportamiento en el caso de falla de energía eléctrica y/o neumática

• Comportamiento en el caso del paro de emergencia (Evacuación rápido

del aire si /no, Reposición de válvulas y actuadores (movimientos que

deben ocurrir o no ocurrir), des energización parcial o total de

componentes eléctricos

• Comportamiento en el caso de una manipulación equivocada por parte

del operador

• Condiciones del medio ambiente (polvo, temperatura, humedad etc..)

Lista de especificaciones en el desarrollo de controles electroneumáticos




Ejemplo de planificación: Descripción general del sistema

Descripción general:

Sistema de elevación con transportadores de rodillos con un control electroneumático

Función de los tres actuadores

neumáticos:

• Actuador 1A eleva la pieza.

• Actuador 2A empuja la pieza al

transportador de rodillos.

• Actuador 3A es un freno para

bloquear y subministrar las piezas

Los paquetes llegan de manera separados (efectuado con

sistemas previos)

El sensor B6 detecta presencia / no presencia de un

paquete



Paso Movimiento 1A Movimiento 2A Movimiento 3ACondición de transición

próximo paso Comentarios

1 ningún ningún Retractar Presencia en B5 Inicia secuencia

2 Avanzar ningún Avanzar Disparo de 1B2 Elevar pieza

3 ningún Avanzar ningún Disparo de 2B2 Empujar pieza

4 Retractar Retractar ningún Disparo en 1B1 y 2B1Retractar actuadores

a posición inicial

Pasos de la secuencia

Ejemplo planificación: Actuadores, Secuencia de movimiento y señales de sensores

• El cilindro 1A requiere una longitud de extensión de 500 mm y una

fuerza mínima de 600 N,

• El cilindro 2A requiere una longitud de extensión de 250 mm y una

fuerza mínimo de 400 N.

• Cilindro 3A requiere una longitud de extensión de 20 mm con una

fuerza de 40 N.

• La velocidad de los cilindros 1A y 2A necesitan una velocidad

ajustable y una amortiguación en ambos lados.



Ejemplo planificación: Modos de control y Comportamiento del sistema

El sistema tiene un panel de control como indicado

ON /OFF Paro de Emergencia

Automático Ciclo continuo ON

Ciclo continuo OFF

Ciclo único INICIO

Manual Reinicio

Opciones de operación:

El sistema permite la selección entre

• Ciclo continuo

• Simple ciclo

Al apagar el ciclo continuo «Ciclo continuo OFF»:

• Termina el proceso continuo.

• Si hay una pieza en el dispositivo culmina el

ciclo y los dos cilindros 1A y 2A retroceden a

su posición inicial.

Paro de emergencia

• Interrumpe el suministro eléctrico por

completo

• Desactiva el suministro de energía neumática

• El botón “Reinicio“ arranca el sistema desde el

estado inicial: cilindros 1A y 2A retractados, 3A

extendido.



Para evitar un posible daño secundario en el caso de falla de la

energía eléctrica, los cilindros 1A y 2A se frenan y deben mantenerse

firme en la posición en que se encuentran.

Ejemplo planificación: Modos de control y Condición ambiental

Alimentación disponible:

• Aire comprimido e red de distribución (p = 0.6 MPa = 6 bar)

• Energía electica (V = 110V AC/ 230 V AC)

• Las señales eléctricas del circuitos principal están operadas con 24 V DC. Se requiere una fuente

que proporciona esta alimentación.



Los cilindros se seleccionan según los requerimientos descritos respecto a la fuerza y longitud:

• Los cilindros 1A y 2A, deben tener un amortiguamiento en ambos lados.

• Cilindros 1A debe tener un diámetro mínimo de 40 mm (Tipo…).

• Cilindro 2A debe tener un diámetro mínimo de 32 mm (Tipo…).

• Los actuadores debe estar equipados con válvulas estranguladoras antiretorno en ambos lados (Tipo…)

• Detección de posición con sensores Reed (Tipo…)

• El cilindro del freno 3A es extendido en el estad inicial diámetro 32 mm y longitud 20 mm (Tipo…).

Ejemplo planificación: Selección de componentes

Válvulas electroneumáticos

Comportamiento requerido de los actuadores 1A y 2A en el caso de falla de energía:

• Válvulas de vías 5/3, centrado con muelle, posición centre cerrado (Tipo…).

El movimiento de ambos actuadores 1A y 2A es lento; El caudal requerido en las válvulas es pequeño :

• Válvulas con puertos de 1/8 (Tipo…).

Para el freno actuador 3A

• Válvula de vías 3/2; Normalmente abierta; Retorno con muelle (Tipo…).

En el caso de paro de emergencia

• Válvula de vías 3/2 de escape rápido para evacuar el sistema (Tipo…).



Ejemplo planificación: Diagrama Desplazamiento - Paso

Cilindro 1A

Cilindro 2A

Cilindro 3A

El diagrama Desplazamiento – Paso (Diagrama de función), indica

la secuencia de operaciónes y sus dependencias de las señales,

incluso las condiciones de inicio.

Condiciones de inicio



Ejemplo planificación: Diagrama electroneumático

El diagrama electro neumático con las válvulas de control, según las condiciones y requerimientos

previamente definidos y los actuadores de doble o simple efecto

Válvula de evacuación en el

caso de Paro de emergencia

Válvula de vías 5/3, posición centro

cerrada centrado con muelle



Ejemplo planificación: Diagrama del control eléctrico

Interruptor principal Energización del sistema

Paro emergencia

Energización sin Paro de emergencia

Manual Automático

Reinicio

Ciclo continuo ON

Ciclo continuo OFF

sigue





El diagrama electro de los sensores Reed, y sensores de presentica

no presencia

sigue

Continuación




Automático

Ciclo continuo INICIO

El diagrama del control eléctrico secuencial

sigueContinuación





El diagrama del circuito eléctrico de las válvulas electroneumáticas

Continuación



Ejemplo planificación: Implementación y Documentación

La implementación del sistema contiene siguientes pasos principales (pasos genéricos)

1. Control de todos los elementos que conforman el sistema

2. Instalación del los componentes y sistemas del control (componentes y cableado)

3. Programación del PLC (si existente).

4. Control de funcionamiento según los requerimientos y estándares de seguridad (paro de emergencia

posible operación errónea, etc..).

5. Efectuar cambios, si es necesario.

Diagrama de función

Lista de componentes

Diagrama neumático

Diagrama eléctrico

Lista de SetpointsPrograma PLC

Declaración de conformidad

Documentación para mantenimiento



Sensores

Secuencia

Control secuencial

Definición de un control secuencial

• Procesos secuenciales generan acciones diferentes según el estado (etapa) en que se encuentra un

dispositivo automatizado

• Procesos secuenciales toman en cuenta el tiempo y generalmente una sola etapa esta activa a la vez.

• Consiste en subdivisiones del proceso en una serie de etapas que facilita una posible ampliación del

control.

Circuito de control: Final de carrera, Botón Inicio

Circuito de control y circuito principal: 1er Paso

Circuito de control y circuito principal: 2do Paso

Circuito de control y circuito principal: 3er Paso

Circuito de control y circuito principal: 4toPaso

• En general el control secuencial se dispara con

un botón START y luego inicia el proceso

compuesto de diversos pasos en secuencia, por

ejemplo:

Paso 1: Cilindro 1A avanza

Paso 2: Cilindro 2A avanza

Paso 3: Cilindro 1A retracta

Paso 4: Cilindro 2A retracta

etc.


Sistemas electroneumáticos Control secuencial

• Ejemplos típicos de la aplicación de controles secuenciales

son controles de maquinas herramientas, controles de

procesos de manufactura, control de un autómata para un

proceso de empaque, control de un proceso en la ingeniería

de procesos.

Características de un control secuencial

• Compuesto de varias etapas que están claramente

delimitadas uno del otro.

• La transición de una etapa a la otra depende de las

condiciones de transición



Diseño del control secuencial

Co

nd

ició

nd

e a

rra

nq

ue

Diseño de un control de secuencial electroneumático

Co

nd

ició

n d

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ran

sici

ón

Co

nd

ició

n d

e t

ran

sici

ón

Preparación del próximo paso

Desactivación del paso anterior

Condición de estado (posición)



Control de secuencia: Implementación


Sistemas electroneumáticos Diseño del Paro de emergencia

Planteamiento del problema

• Desde el panel de control se puede prender y apagar un motor que es propulsor de una banda

transportadora. La banda cuenta con un freno que mantiene la banda en posición cuando el motor esta

apagado.

• Un montacargas interrumpe accidentalmente el cable entre el panel de control y la banda.

• Que debe ocurrir?

• En el caso de interrupción de la energía eléctrica debido a una anormalidad, la banda se debe parar y

se activará el freno.

• Eventualmente un indicador (foco) muestra el estado (fallo, interrupción, paro etc.) en el panel de

control.



• Cualquier función de desactivación se diseña físicamente (Hardware) con un

franqueador (contacto normalmente cerrado)

• Cualquier función de activación se diseña físicamente (Hardware) con un

obturador (contacto normalmente abierto).

Planteamiento del problema

Ejemplo: Un motor neumático debe tener un control ON-OFF. Como se diseña el control?



Diseño del Paro de emergencia

• El paro de emergencia proteja seres humanos y equipamiento de danos

• La función de un paro de emergencia es tan importante que no se

efectúa con elementos electromecánicos normales o con la

programación (por ejemplo del PLC), se utiliza un interruptor especial de

manera fija y no programado

Un paro de emergencia:

• debe estar siempre accesible

• tiene preferencia antes de los demás funciones

• no debe generar otros situaciones peligrosas (la liberación de personas

debe ser posibles)

Un paro de emergencia:

• Es un interruptor que se mantiene en su posición (activado o no activado)

• La desactivación debe ser consiente, mediante un jalón o un movimiento circular

• Siempre es un franqueador (contacto normalmente cerrado, NC)


Sistemas electroneumáticos Implementación de modos de operación

Al implementar un control electroneumático, se diseña primero el circuito básico (control y control

secuencial ) y luego se complementa el circuito con funciones de control especifico como un selector de

modos de operación (ciclo único / ciclo continuo, control manual / automático) y el paro de emergencia.

Diseño de modos de operación y paro de emergencia

El interruptor del paro de emergencia, por ley, es un interruptor NC

Los demás botones /selectores de ciclos o modos de operación pueden estar diseñados con push-bottoms

o interruptores

El circuitos mostrado eléctrico mostrado adelante

muestra de manera ejemplar la implementación de

selectores de modo de operación y el paro de

emergencia



Interruptor principal ON / OFF Energización del sistema

Paro de emergencia

Manual

Automático

Ciclo continuo ON

Ciclo continuo OFF

Fuente de energía eléctrica

Paro de emergencia

Sin Paro de emergencia

Reinicio

Movimiento individual

Ciclo único

Diseño de modos de operación



Interruptor principal y paro de emergencia

El sistema se energiza con el interruptor ON-OFF

La línea Energización del sistema esta conectado

median el relé K1

La línea de alimentación Paro de emergencia esta

conectado a la fuente de energía a través del contacto

K2 normalmente cerrado del relé K2

En la línea Paro de emergencia se pueden conectar por

ejemplo indicadores (focos) de estado de Paro

Con el paro de emergencia desactivado se conduce la

energía eléctrica a la línea Sin paro de emergencia

Con el paro de emergencia activado todos los

elementos de control se queda fuera de operación con

excepción del interruptor ON/OFF: La línea

Energización del sistema se mantiene en contacto con

la fuente

ON / OFF Línea Energización del sistema

Paro de emergencia

Línea Paro de emergencia

Línea Sin Paro de emergencia



Diseño de modos de operación: Modo Manual

Desde la línea Sin paro de emergencia se conecta

la circuitería de la operación MANUAL (S3).

Con el push-bottom MANUAL se activa el relé K4

cual energiza la Línea Manual.

El autoclavamiento del relé K4 se desactiva con el

contacto normalmente cerrado K3, que esta

operado desde el push-bottom «Modo automático».

Las operaciones manuales permitidos se conectan

a la Línea Manual.

Línea Manual


Reinicio

MANUAL



Línea Automático

Ciclo continuo ON

Ciclo continuo OFF

Línea Sin Paro de emergenciaDiseño de modos de operación: Modo Automático

Cuando el push-bottom AUTOMÁTICO esta

activado, se energiza a el relé K3

Un contacto normalmente abierto NA del relé

K3 se cierra y energiza la Línea Automático

Simultáneamente un contacto normalmente

cerrado del rele K3 desactiva el modo Manual

(ver imagen anterior)

Las operaciones que conforman el modo

Automático se conectan a la Línea

Automático.

AUTOMATICO



Línea Manual


MANUAL

ON / OFF Línea Energización del sistema

Paro de emergencia Línea Paro de emergencia

AUTO

Línea Automático

Desactivación Manual / Automático

Resumen diseño de modos de operación



Control electroneumático de procesos secuenciales con FluidSIM

(Programación y Simulación con FluidSIM de controles electroneumáticos)

• Elaborar los circuitos de Control electroneumático de procesos secuenciales

• Comprobar el funcionamiento deseado mediante la simulación

• Documentar la soluciones y escribir una breve conclusión para cada uno de laos problemas

• Forma de trabajo: Grupal, con máximo 3 integrantes

• El trabajo será calificado

Tarea: Diseño de controles electroneumáticos de procesos secuenciales

Control eléctriconeumático

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