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Neumática: Tema 9

Diagramas de Funcionamiento. Diseño de circuitos

por método anulación señales permanentes.

Sistemes Oleohidràulics i Pneumàtics

Código 372

Ingeniería Industrial. 5º CursoIngeniería Industrial. 5º Curso

Área Mecánica de Fluidos.

Universitat Jaume I

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Diagramas de funcionamiento.

Tema 9: Diagramas de funcionamiento.

DISEÑO DEL DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO

El diagrama de funcionamiento de un circuito neumático o electroneumático se emplea

para representar la secuencia de movimientos que tendrá cualquier elemento de trabajo del

mismo (cilindro, motor, etc.), así como también la de los elementos de mando que intervienen en

la secuencia (pulsadores, captadores de información, etc.).

En general, cuando se trata de circuitos en los que interviene un solo elemento de

trabajo, por ejemplo un cilindro, el diagrama de funcionamiento no es tan necesario, a menos que

existan fases en que deba variar el tiempo de avance o retroceso del vástago y deseen reflejarse

estas particularidades sobre el diagrama.

En donde sí se hace necesario el diagrama de funcionamiento es en aquellos circuitos

en donde ya intervienen dos o más elementos de trabajo. Con él, es posible conocer en cualquier

instante del ciclo secuencial el estado de los distintos elementos de trabajo y de mando del circuito,

lo que facilita en gran manera su estudio, como por ejemplo la localización de la coincidencia de señales sobre los dos pilotajes de una misma válvula biestable.

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El diagrama de movimiento Puede estar formado por uno de los siguientes diagramas:

• Diagrama de espacio-fase

• Diagrama de espacio-tiempo

El diagrama de funcionamiento reúne en uno sólo a los dos diagramas vistos con anterioridad, es

decir el diagrama espacio-fase o el diagrama espacio-tiempo con el diagrama de mando.

Para su representación se indicará en primer lugar y de arriba hacia abajo el diagrama espacio-

fase o el diagrama espacio-tiempo correspondiente a los elementos de trabajo. A continuación y

debajo de aquel se representará el diagrama de mando indicando en primer lugar la válvula de

puesta en marcha del ciclo y a continuación los captadores de información o válvulas de

accionamiento mecánico que son las que establecerán los cambios de fase.

Diagrama de mando

El diagrama de mando se utiliza para representar el estado de actuación o conexión de los distintos

elementos de mando.

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También se llama diagrama de proceso y en él se representan los movimientos o estados de

los elementos de trabajo en función de las fases o pasos del ciclo o programa, por ejemplo:

vástago del cilindro saliendo o entrando, sin tener en cuenta el tiempo que tarda en efectuar

estas operaciones.

Para su representación se tendrán en cuenta los siguientes puntos:

Diagrama de espacio - fase

a) Cada elemento de trabajo tendrá representado

su propio ciclo.

b) Los ciclos de los distintos elementos de trabajo

serán representados uno a continuación de

otro y de arriba hacia abajo.

c) Se dibujan dos líneas horizontales y paralelas para cada elemento de trabajo. La

distancia entre ellas se considera como el “Espacio” entre la posición del vástago

completamente retraído y extendido, o también, el espacio o camino recorrido por el

vástago (carrera). Esta distancia no se representa a escala sino con una magnitud igual

para todos los elementos de trabajo, independientemente de su carrera.

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Para cada elemento de trabajo siguiente se dibujan dos nuevas

líneas paralelas debajo de las anteriores, separadas por una

distancia menor a la empleada para los pares de líneas anteriores,

pero suficiente para que el diagrama quede claro y legible

Las líneas paralelas anteriores se cortan por líneas

perpendiculares a las mismas y equidistantes. Cada línea vertical

se considera como una “Fase” o “Paso” del ciclo (se considera una fase o paso a la línea del diagrama donde tiene lugar la modificación del estado de un elemento de trabajo o de un componente de mando), numerándose a partir de 1 desde la

izquierda

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En la fase a partir de la cual el ciclo vuelve a repetirse,

por ejemplo en la 5 anterior, se coloca 5=1

En la parte izquierda y entre cada dos líneas paralelas

de mayor anchura se indica el código de identificación

del elemento de trabajo considerado, por ejemplo

“Cilindro 1A", “Cilindro 2A", etc., o simplemente 1A,

2A, etc..., también es conveniente colocar junto a lo

anterior la función del elemento de trabajo (por

ejemplo, sujeción, estampado, etc.).

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En la línea superior de las dos que

representan a un elemento de trabajo

se anota vástago expandido o bien 1,

mientras que en la línea inferior se

indica vástago retraído o bien 0.

El desarrollo del ciclo de cada elemento de trabajo se

representa por líneas gruesas entre fases, uniendo de forma

adecuada los puntos de intersección de las líneas que

representan las fases con las dos líneas horizontales paralelas

que cortan a las mismas líneas

En el diagrama espacio-fase se puede comprobar que de la fase 1 a la fase 2 el cilindro 1A (sujeción)

va desde su posición retraída a su posición de extendido la cual alcanza en la fase 2. En ese instante

el cilindro 2A (estampado) efectúa la misma operación desde la fase 2 a la fase 3, siguiendo el 1A en

la posición de extendido. En la fase 3, el cilindro 2A va desde su posición extendida a la posición

retraída la cual que alcanza en la fase 4. En ese instante se inicia la entrada del cilindro 1A, que

finaliza en la fase 5, en cuyo instante los dos cilindros vuelven a estar en la situación de la fase 1.

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El diagrama espacio-fase es aconsejable emplearlo para representar ciclos secuenciales controlados por el propio proceso, en los que normalmente el tiempo no interviene en su

desarrollo o bien tiene una importancia secundaria.

Si los elementos son rotativos pueden

representarse con este tipo de esquema

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• En el diagrama se indica con flechas que relacionan quien produce la señal con quien la recibe.

• Hay veces en que el movimiento produce señales que afectan a otros elementos o a si mismo.

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Diagrama espacio-tiempo

A diferencia del diagrama de espacio-fase, en el

diagrama espacio-tiempo, el eje de las abscisas es

ahora la variable tiempo y el periodo de tiempo que dura

cada fase puede variar, por lo que las líneas verticales

ya no serán equidistantes entre sí al tener que

considerar ahora el tiempo que tarda por ejemplo el

cilindro en hacer su recorrido de avance o de retroceso.

Para la construcción de este diagrama se debe tener

claro el tiempo que dura cada fase para cada uno de los

elementos y representarlo en una escala de tiempo que

debe aparecer en la parte inferior.

En la figura, el cilindro 1A va de la fase 1 a la 2 con una velocidad de avance que puede considerarse

normal, tardando 6 segundos en salir su vástago. A continuación de la fase 2 a la 3 sale el vástago del

cilindro 2A con una velocidad de avance que se considera lenta, al tardar 8 segundos. De la fase 3 a la

4 se mantienen extendidos los vástagos de 1A y 2A por 4 segundos. Finalmente de la fase 4 a la 5 se

retrae el vástago del cilindro 2A con una velocidad de retroceso que le lleva un tiempo de 6 segundos

en retraerse totalmente. Luego entre las fase 5 y 6 se retrae el cilindro 1A en un tiempo de 8 segundos.

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Diagrama de mando

El diagrama de mando se utiliza para representar el estado de actuación o conexión de los

distintos elementos de mando o conmutación en función de la fase o del tiempo, según se

trabaje con el diagrama espacio-fase o espacio-tiempo.

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Ejemplo

Abajo se indica el diagrama de funcionamiento para el accionamiento de un cilindro de doble efecto

actuado por una válvula 5/2 con accionamiento neumático (biestable). El vástago del cilindro debe salir

al actuar una válvula 3/2 de accionamiento manual (monoestable) y debe regresar al ser actuada una

válvula 3/2 de accionamiento mecánico por una leva fijada al vástago.

Se observa que en la fase 1 se da un impulso momentáneo

a 1S1, de una duración tal que no llega a estar activada en

la fase 2. Con ello se envía señal de pilotaje 14 de 1V que

cambia su posición. El vástago de 1A inicia su carrera de

avance en la fase 1 hasta acabar en la fase 2.

Antes de alcanzar la fase 2 se activa a 1S2 que envía una

seña, al pilotaje 12 de 1V que cambia su posición.

El vástago de 1A inicia su carrera de retroceso en la fase 2 terminando en la fase 3. Unos instantes

más tarde de la fase 2 es desactivada 1S2 por la leva del vástago.

Si la acción manual sobre 1S1 se prolonga excesivamente puede ocurrir que el vástago de 1A no inicie

su carrera de retroceso y no regrese a su posición de reposo puesto que la válvula biestable 1V se

encontraría con señal en sus dos pilotajes 12 y 14.

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Ejemplo

Circuito en el que un cilindro ( 1A ) empuja y sujeta una pieza mientras que el cilindro 2A estampa la

pieza.

Disposición de los elementos según el principio de representación de la cadena de mando (señales de

abajo hacia arriba); así como los códigos de identificación que se utilizarán para confeccionar los

diagramas.

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La válvula de accionamiento manual 1S1 inicia el ciclo saliendo el vástago de sujeción 1A, con un

impulso momentáneo.

El accionamiento de 1S2, al final de la carrera de avance de 1A, origina la salida del vástago del cilindro

de estampado 2A. Su captador de información 2S2 da la señal para que el mismo vástago de 2A inicie

la carrera de retroceso.

El nuevo accionamiento de 2S1 por el vástago de 2A da lugar a la entrada del vástago de 1A

finalizando así el ciclo descrito en el diagrama de funcionamiento. Se supone que la válvula 1S1 ha

dejado de accionarse para que 1V no tenga señal en su pilotaje opuesto.

En la siguiente tabla se muestra la interpretación del diagrama espacio-fase:

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Sobre el diagrama espacio-fase se añade el diagrama de mando

obteniendo el Diagrama Funcionamiento.

En él se refleja el estado de los cilindros 1A y 2A, del pulsador de

puesta en marcha 1S1 y de los captadores de información 2S1,

1S2 y 2S2 en cada una de las fases del ciclo.

Se puede observar que en la fase 1, y si se acciona a 1S1,están

a 1 las señales de 1S1 y 2S1 que actúan sobre los dos pilotajes

12 y 14 de 1V, respectivamente, por lo que no podrá iniciarse el

ciclo.

Es necesario eliminar de alguna forma la señal que proporciona

2S1 si se quiere iniciar la puesta en marcha del ciclo.

Lo mismo ocurre en la fase 3 con 1S2 y 2S2 cuyas señales

actúan sobre los dos pilotajes 12 y 14 de 2V. Será pues

necesario eliminar la señal 1S2 si se desea que 2S2 invierta la

posición de la válvula 2V.

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Cuadros de secuencia.

Hay otra forma esquemática de representar el funcionamiento del circuito, se trata de una representación

simplificada.

Este sistema permite la descripción metódica pero

elemental de un automatismo, ya que hace

referencia a los movimientos de la máquina en

cuanto al orden en que se suceden. Por ejemplo:

– Un cilindro que se mueve en el sentido de salir el

vástago, decimos que va a+.

– Un cilindro que se mueve en el sentido de entrar el

vástago, decimos que va a-.

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En el sistema de la figura anterior se representan los componentes neumáticos

necesarios para implementar un sistema de estampado. En ella se puede observar que toda la

operación depende principalmente del cilindro “A”, el cual se encarga de desplazar en sentido

vertical la plancha de estampado hacia la pieza “v” que se encuentra sujeta mediante una mordaza

neumática accionada por el cilindro “B”. Para entender cabalmente el funcionamiento de este

sistema, debe realizarse el ciclo siguiente:

– Cerrar mordaza, fijando la pieza.

– Avanza plancha de estampado.

– Retrocede plancha de estampado.

– Abrir mordaza.

Con el sistema simplificado se podrá escribir el anterior ciclo diciendo:

B+ A+ A– B–

Esta descripción del funcionamiento del sistema adolece de no precisar ni permitir comentarios

suplementarios para comprender aún más cómo funciona, no se sabe como comienza el ciclo

(manual o automático), no se conoce de seguridades existentes en el mecanismo, no se tiene

noción de qué ocurre cuando se acaba el ciclo. Sin embargo, sí permite hacerse una idea general

del ciclo e identificar los puntos en los cuales pueden existir órdenes contrarias.



-4

-3

+2

+1

BA

ActuadorEtapa

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Diseño de circuitos por método de anulación de señales permanentes.


A la hora de diseñar un circuito neumático existen dos vías:

• Método Intuitivo: el método seguido hasta ahora en el que, sin descartar una cierta sistemática, se basa en la experiencia y la intuición del diseñador. Para circuitos similares a otros conocidos, o mas

o menos simples es bastante útil.

• Métodos sistemáticos

• Anulación de las señales permanente

• Método de cascada ( conexión de memorias en cascada )

• Método secuenciador ( conexión de memorias paso a paso )

En este segundo grupo se incluiría todos los métodos que incluyan una metodología mas

o menos sistemática de diseño que elimine o minimice la influencia del diseñador. El problema de

estos métodos es que es necesario un gran conocimiento técnico y una cierta experiencia.

Diseño de circuitos por método de detección de señales permanentes.

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En este tema nos centraremos en el método de Anulación de las Señales Permanente, el cual nos dará la base para describir el resto de métodos en el siguiente tema.

Lo que haremos es seguir una seria de etapas para el diseño de un circuito. La parte mas

importante en este y otros métodos es la selección de los mandos de control que actúan sobre

las válvulas que accionan los elementos de trabajo. Esto encaja con la eliminación de señales

permanentes, ya que el método se basa en eliminar las señales permanentes que quedan en un

elemento al ser actuado, ya que en un único elemento, por ejemplo una válvula, no podrán

actuar dos presiones a la vez en ambos lados. Como en la mayoría de los sistemas neumáticos

los mandos actúan por recorrido, será este el que más implicaciones tenga.

Lo que se suele hacer es plantear el diagrama de movimientos en función de los elementos

del sistema y de sus funcionalidades.

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Paso 1: Definir el diagrama de movimientos

Se define en función de los elementos y sus funciones un diagrama, lo más aproximado posible,

de funcionamiento, incluyendo las señales entre elementos de trabajo.

Paso 2: Definir los elementos necesarios

Hay que definir que elementos trabajarán, que elementos de mando y que elementos de control,

y disponerlos en un diagrama que sea sencillo de visualizar.

Paso 3: Empalmar conductos y numerar elementos

Se hace un primer empalme de los conductos tal y como deberían funcionar, haciendo hincapié

en la forma de controlar los elementos de trabajo.

Paso 4: Estudiar el diagrama funcional

Estudiar el diagrama funcional para determinar que clase mandos será necesario utilizar.

Paso 5: Considerar el tipo de accionamiento de las señales

Se estudian las posibles incompatibilidades y se rediseñan los mandos, añadiendo nuevos

elementos si fuera necesario para las facetas de control.

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Diseño Anulación de Señales Permanentes

Ejemplo 1


Los paquetes que llegan sobre un tren de rodillos han de quedar

levantados por un cilindro neumático y empujados sobre otro tren

mediante un segundo cilindro. El retorno del cilindro B no debe

realizarse hasta que el cilindro A haya alcanzado la posición final

trasera. La señal de arranque ha de ser emitida por un pulsador

manual para cada ciclo de trabajo.

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Elementos de trabajo

Elementos de control

Elementos de mando

Paso 2: Definir los elementos necesarios

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Paso 3: empalmar conductos y numerar elementos Paso 4: Estudiar el diagrama

funcional

Aparentemente todo está bien, pero si el pulsador

1.2 se mantiene pulsado mas allá de que la

válvula 1.3 actúa, habrá problemas de

interferencia de señales

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Paso 5: Considerar el tipo de accionamiento de las señales

Válvula actuada en

posición de partida.

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Con la mejora de la inclusión de un bloqueo para 1.2 para un pulsador 1.4 que garantiza

que no funcionará 1.2 mientras que 1.4 no esté activado, es decir, el cilindro B en la posición inicial.

Válvula actuada en


Válvula actuada en


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Ejemplo 2


Dos piezas ha de quedar unidas con un remache en una prensa parcialmente automatizada.

Las piezas y el remache se colocarán a mano, retirándose la pieza acabada también a

mano después del proceso de remachado. La parte automatizada del ciclo consiste en el

agarre y sujeción de las piezas (cilindro A), así como el remachado (cilindro B) y, previo

pulsado de un botón de marcha, ha de realizarse la operación hasta volver a la posición de

partida.

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Zonas de posible inconsistencia. Hay que anular

las señales para que pueda funcionar. EL cilindro

B da la señal 1.3 al A para indicar que a acabado

el ciclo y que vuelva al estado inicial. Cuando

volvamos a pulsar 1.2 para inicial el ciclo 1.3 se

debe anular sino no funcionara.

Zonas de posible inconsistencia. Hay que anular las

señales para que pueda funcionar. Se ha de anular

2.2 para que al llegar a 2.3 el cilindro pueda volver

hacia atrás.

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Solo da señal en un sentido

Una posible solución para evitar las zonas de

coincidencia de señal es utilizar un anulador de

señal que en este caso pueden ser válvulas de

rodillos abatibles.

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EL funcionamiento del temporizador es el siguiente. Cuando 2.2 es

activado alimenta a la válvula superior que deja pasar la presión hasta el

cilindro B actuándolo, pero a la vez empieza a alimentar al temporizador

que paso un cierto tiempo tiene suficiente presión como para pilotar la

vávula y deactivar el paso de presión hacia el cilindro

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Se trata de una máquina para conformar chapa de aluminio, tal y como muestra la figura, y compuesta de

tres cilindros neumáticos de doble efecto que funcionan de forma secuencial, con arreglo al cuadro que se

muestra.

Tal y como se aprecia en el cuadro de secuencia, primero avanza el vástago del cilindro alimentador (A); a

continuación se produce el conformado mediante el avance del vástago del (B), que vuelve

inmediatamente a la posición de reposo. Retrocede después el vástago del (A) y, para terminar, el cilindro

( C ) actúa expulsando la pieza del útil y después retrocede el vástago a su posición inicial.

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Por tanto, se han visto dos formas de anular las señales permanentes. La primera

utilizando válvulas de rodillos abatibles o escamoteables ( que actúan en una única dirección ) y por

otra, con la utilización de temporizadores neumáticos. Los primeros son más económicos, llevan

menos elementos. Los segundos poseen la ventaja de poder colocarlos en cualquier punto del

circuito. Otra ventaja es que incluso en movimientos rápidos o carreras corta se puede detectar con

exactitud, disponiendo de una señal que pueda ser utilizada para procesos posteriores.

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Anotaciones


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