Lógica cableada Editado
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Universidad San Pedro - Ingeniera Industrial
Automatizacin Industrial - 2013 I 1 Ing. Richard Cruz Meza
Lgica cableada
Rack de lgica cableada con rels electromecnicos y rels temporizados electrnicos.
Lgica cableadao lgica de contactos, es una forma de realizar controles, en la que el tratamiento
de datos (botonera, fines de carrera, sensores, presstatos, etc.), se efecta en conjunto con
contactores o rels auxiliares, frecuentemente asociados a temporizadores y contadores.
En la acepcin de los tcnicos electromecnicos, la lgica cableada industrial es la tcnica de diseo
de pequeos a complejos autmatas utilizados en plantas industriales, bsicamente con rels
cableados. En la acepcin de los tcnicos en telecomunicaciones y en informtica, la lgica cableada
utiliza compuertas lgicas discretas (TTL, CMOS, HCMOS), para implementar circuitos digitales de
comunicaciones y computadores.
La lgica cableada industrial consiste en el diseo de automatismos con circuitos cableados entre
contactos auxiliares de rels electromecnicos, contactores de potencia, rels temporizados,
diodos, rels de proteccin, vlvulas leo-hidrulicas o neumticas y otros componentes. Los
cableados incluyen funciones de comando y control, de sealizacin, de proteccin y de potencia.
La potencia adems de circuitos elctricos comprende a los circuitos neumticos (mando por aire a
presin) u leo hidrulicos (mando por aceite a presin). Crea automatismos rgidos, capaces de
realizar una serie de tareas en forma secuencial, sin posibilidad de cambiar variables y parmetros.
Si se ha de realizar otra tarea ser necesario realizar un nuevo diseo. Se emplea en automatismos
pequeos, o en lugares crticos, donde la seguridad de personas y mquinas, no puede depender de
la falla de un programa de computacin.
En sistemas mayores tambin se emplea el autmata programable, entre los que se encuentran los
PLC controlador lgico programable, la UTR Unidad Terminal Remota o los rels programables, o
computadoras o servidores de uso industrial. Estos autmatas no se programan en lenguajes
tradicionales como cualquier computador, se programan en Leadder, lenguaje en el cual las
instrucciones no son otra cosa que lneas de lgica cableada. As el conocimiento de la lgica
cableada es de fundamental importancia para quien programa un autmata programable o PLC. La
lgica cableada ms que una tcnica, hoy en da constituye una filosofa que permite estructurar
circuitos en forma ordenada, prolija y segura, sea en circuitos cableados o programados. La prctica
de la lgica cableada ha sido asimilada por otras ramas de la tecnologa como las
telecomunicaciones y la informtica, con la introduccin del cableado estructurado en edificios,
oficinas y locales comerciales, lugares donde es poco usual el manejo de esquemas y dibujos de las
instalaciones elctricas, excepto la de potencia, la elaboracin 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 telefona.
A continuacin se describen los elementos, circuitos bsicos y la filosofa comnmente empleada
en la lgica cableada. Los dibujos de los componentes presentados no siguen una normativa en
particular, correspondiendo al estilo europeo de dibujo de esquemas elctricos (normas CEI
internacional, DIN de Alemania, NF de Francia).
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Estados OFF y ON
Desde un punto de vista terico la lgica cableada opera de igual forma que la lgica tradicional,
donde las variables solamente pueden tener dos estados posibles, verdadero o falso. En la
lgica cableada verdadero es igual a un rel energizado o en ON, en el caso de los contactos el
estado verdadero es el contacto CERRADO. En la lgica cableada un falso es igual a un rel
desenergizado o en OFF, para los contactos el estado falso es el contacto ABIERTO.En los circuitos electrnicos digitales o compuerta lgica, se utiliza el sistema numrico binario;
donde verdadero es igual a 1 y falso es igual a 0. Si se trata deun sistema neumtico u leo-
hidrulico, verdadero es igual a una vlvula ABIERTA y falso es igual a una vlvula CERRADA. Si
se trata del mando de la vlvula, 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.
Variables lgicas empleadas en lgica cableada en comparacin con la lgica, circuitos digitales, neumtica y leo-
hidrulica.
Esquemas de conexin y esquemas de principio
Los rels y otros elementos empleados en la tcnica de comando y control, pueden ser dibujados
con sus bornes de conexin tal cual son fsicamente, y luego conectar con conductores los distintos
bornes, conformando lo que se denomina un esquema de conexin. El esquema de conexin
debe dar los datos constructivos y la ubicacin de cada elemento, pero no es la mejor forma de
representar un circuito a la hora de comprender y visualizar su funcionamiento, como si lo es el
esquema de principio.
Diferentes formas de representar un esquema elctrico; el esquema de conexiones y el esquema de principio.
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Dibujos y planos
Los dibujos o planos de los esquemas de conexin y esquemas de principio, antiguamente eran
realizados por dibujantes tcnicos en folios de papel de gran tamao, por ejemplo; 1,50 x 2,00
metros, donde se dibujaban todos los cables del circuito en un solo folio. Actualmente los dibujos
son realizados directamente por los electricistas, en programas CAD e impresos en hojas A4 o A3.
Un circuito de automatizacin de lgica cableada se dibuja en varias hojas numeradas, y los cables yaparatos son referenciados de una hoja a otra, marcando el nmero de hoja y las coordenadas
columna-fila donde se ubica el cable, borne o aparato cableado.
Esquema de Principio tpico de un cableado de comando y control.
Identificacin del cableado y borneras
Para que un circuito de lgica cableada pueda funcionar correctamente, es primordial contar
previamente con el dibujo del mismo, donde se identifican todos los cables y borneras de conexin,
para luego realizar el montaje y revisar el correcto cableado de todos los elementos. Para que esto
ltimo sea posible es necesario colocar identificadores o marcadores alfanumricos en todos los
cables y bornes. Existen distintos criterios para realizar la identificacin de los cables, teniendo cada
una de ellas sus ventajas y desventajas. Bsicamente se pueden identificar los cables segn los
nmeros de borneras o regletas de conexin, o de acuerdo a una numeracin arbitraria
especificado en los planos o dibujos.
Los criterios de identificacin del cableado son muchos, algunos apuntan a facilitar el montaje o
trabajo del electricista que realiza el cableado, otros facilitan el trabajo del personal de
mantenimiento de la instalacin, otros son de acuerdo a la conveniencia del proyectista que dibujo
los planos. Algunos de ellos; 1) identificar los cables con el nombre-nmero de la bornera o borne
de conexin a donde llega el cable; 2) identificar los cables con el nombre-nmero de la bornera o
borne de conexin del extremo opuesto del cable; 3) identificar los cables con un nmero
correlativo de 00 a 99, donde ese nmero est marcado en el dibujo o plano como nmero del
cable, se puede agregar el nmero de hoja del dibujo donde se encuentra el cable; 4) los nmeros
de los cables se corresponden con la numeracin de la bornera principal del circuito cuyos nmeros
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no se repiten en otra bornera; 5) mediante signos, letras y nmeros que denoten la funcin del
cable, como la polaridad +P yP, mandos de apertura y cierre, funciones de proteccin, etc.
Ejemplos de diferentes formas de identificar un cableado de lgica cableada.
Barras de Polaridad
Las barras de polaridad +P y P son las que permiten energizar las bobinas de los rels con los
contactos. Usualmente se denominan +P yP, pero pueden tener otra letra o leyenda cualquiera, y
ser una tensin tanto de corriente continua como de alterna. La tensin de polaridad, usualmente
esta cableada a elementos de control en posible contacto con las personas, por ejemplo;
pulsadores manuales, controles de nivel de lquidos, sensores de posicin o instrumentos de
medida. Por este motivo, por razones de seguridad para las personas, esta tensin debe estar
aislada galvnicamente de tierra, usualmente con un aislamiento de 1 a 2 KV. Las tensiones
estndar empleadas en corriente continua son; 24, 48, 110, 125, 220 y 250 V. Las tensiones
estndar en corriente alterna son; 24, 110-120, 220-240 y 380-400 V
Formacin de polaridad de mando en un circuito de lgica cableada; polarizacin con corriente continua y polarizacin
con corriente alterna
Servicios Esenciales
En lgicas cableadas para comando y control de servicios esenciales, la corriente continua se
respalda con un banco de bateras del tipo estacionario. Si se ha tomado la decisin de usar
corriente alterna, el comando y control de servicios esenciales se realiza con un oscilador o inversorCC/CA.
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Formacin de polaridad de mando en un circuito de lgica cableada de un servicio esencial, donde no puede detenerse el
servicio en caso de corte de energa.
Distribucin de Polaridades
En circuitos pequeos, con unos pocos rels la polaridad se arma mediante una guirnalda que va
saltando entre los bornes que van conectados a la polaridad. En circuitos de lgica cableada
mayores, como autmatas industriales, esta prctica es poco comn ya que acarrea algunos
inconvenientes en caso de falsos contactos en alguno de los bornes, lo que acarrea la perdida de la
polaridad en toda la guirnalda, provocando una falla masiva del sistema. La solucin a estos
problemas consiste en armar barras de polaridad con borneras o regletas de conexin en puente,las que ya vienen provistas por los fabricantes de borneras.
Distribucin de polaridad positiva +P por medio de una guirnalda, y distribucin por medio de una barra de polaridad
construida con un bloque de borneras en puente.
Montajes
El montaje de la lgica cableada se realiza en gabinetes o armarios estancos, donde sobre un fondo
muerto o sobre rieles verticales, conocidos como rack en ingls de 19, se atornillan en forma
horizontal los llamados rieles asimtricos y simtricos, donde se instalan los rels, fuentes de
alimentacin, elementos de potencia como los contactores, y proteccin como portafusibles ollaves termo-magnticas. Los rieles ms econmicos son de chapa galvanizada, los de mejor calidad
son de acero con una proteccin superficial de cadmio.
Las borneas y rels en general, van montados sobre rieles, existiendo dos tipos bsicos; el asimtrico y simtrico, tambin
conocido como riel omega.
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Bornera Frontera
Los cables de mando que van del gabinete de la lgica cableada a la planta o al campo, son cables
armados, rgidos debido al fleje de proteccin mecnica 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 rels de la lgica cableada. Para resolver este problema se utilizan borneras frontera,
donde llegan los cables armados desde la planta y salen hacia el interior del gabinete cablesmonopolares 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.
Bornera frontera de llegada de los cables armados al gabinete que contiene la lgica cableada.
Rels
En la lgica cableada, la mencin de rel comprende diversos equipamientos elctricos y
electrnicos, de distinta tecnologa y funcin. Todos estos equipos, aparatos o instrumentos, sonconsiderados como rels en la medida de que cuenten con contactos elctricos NA o NC de
salida, y realicen una funcin particular de Lgica Cableada. Las entradas pueden ser bobinas,
circuitos de medida de tensin, corriente, temperatura, nivel, accionamientos fsicos y manuales,
comandos remotos, por cable o por radiofrecuencia.
As por ejemplo, un rel puede ser un control de nivel o temperatura, un rel electromecnico, un
contactor con contactos auxiliares, un rel de sub o sobre tensin, un rel de proteccin y decenas
de otras funciones, que distintos fabricantes de equipamiento industrial catalogan como rels.
La denominacin rel comprende, adems del rel electromecnico, a todo dispositivo elctrico o electrnico con
entradas analgicas o digitales, y con una o ms salidas por contactos secos.
Elementos de mando
Los elementos de mando bsicos en lgica cableada son los siguientes;
Contactos NA y NC
Los contactos elctricos de los rels pueden ser contactos normalmente abiertos NA, onormalmente cerrados NC. En los esquemas de conexin y de principio siempre se dibuja el
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contacto en su posicin de reposo, con la bobina del rel desenergizada o en OFF. El contacto NC se
dibuja cerrado y el contacto NA se dibuja abierto.
Elementos o componentes bsicos utilizados en lgica cableada.
Una de las formas de dibujar los contactos normales abiertos, normales cerrados y la bobina de rel, y polaridad. En este
caso se muestran los dibujos de acuerdo a normas europeas tems
Funciones Lgicas
Las funciones lgicas empleadas en la lgica cableada son las mismas que en los circuitos digitales o
compuertas lgicas. La denominada comnmente repeticin de contacto, buffer en un circuito digital. La inversin en un contacto normal cerrado, el NOT (negacin) en circuito digital: El AND
lgico (funcin y), lograda con contactos en serie. El OR lgico (funcin o), logrado con
contactos en paralelo.
Las funciones lgicas empleadas en lgica cableada son las mismas que las utilizadas por en la electrnica digital o decompuertas lgicas.
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Rel auto mantenido
Un rel con auto-mantenimiento es un rel en donde un contacto auxiliar mantiene el rel
energizado, luego de que el contacto de arranque cierra y abre. El contacto de parada tipo NC,
desenergiza el rel. En la electrnica digital es equivalente a un Biestable o Flip-Flop.
La funcin auto-mantenimiento de la lgica cableada guarda similitud con el slip-flop o bi-estable de la electrnica digital.
Funciones de Temporizacin
Existen rels temporizados de varios tipos, pero tres funciones bsicas son; la temporizacin a la
conexin, temporizacin a la desconexion y la temporizacion a la conexion-desconeccion. En los dos
ltimos casos el rel temporizado deber alimentarse desde una conexin independiente a la de la
bobina. Los contactos temporizados se representan mediante un paraguas que se opone al
movimiento.
Existen muchas funciones de tiempo o de temporizacin, pero tres de ellas son las ms conocidas, la temporizacin al
cierre, a la apertura y pulso o monoestable.
Mando Manual y Automtico
En todo automatismo siempre es conveniente contar con la posibilidad de elegir entre un comando
manual por pulsadores, y un comando automtico por nivel, presin, temperatura, etc. La seleccin
se realiza por llaves selectoras manual/automtico. Por razones de seguridad de las personas y
equipos, siempre se deja fuera de la seleccin el mano de parada manual y automtica, por
ejemplo por nivel bajo, a los efectos de prevenir que una bomba quede succionando en vaci y se
dae.
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Todo circuito automtico siempre cuenta con un mando manual para prueba, mantenimiento y emergencias. La seleccin
se realiza con una llave selectora Manual-Automtico.
Proteccin
Las funciones de proteccin deben guardar en lo posible independencia de los circuitos de mando,de modo de funcionar con mandos en manual, en automtico y en casos de falla. En el dibujo
previo, el contacto kth de rel trmico y el flotador NV2 son elementos de proteccin en serie con
el circuito de mando manual y automtico.
Sealizacin
La sealizacin comprende la indicacin de los estados de marcha, parada, falla o defectos,
posicin de interruptores abiertos o cerrados. Para lo cual se emplea luminosos con lmpara
incandescente o con LED. La lmpara es energizada mediante contactos auxiliares de contactores e
interruptores, o con rels que copian la posicin de los mismos. En autmatas de rels de gran
tamao, la polaridad empleada para la sealizacin es independiente de la polaridad de mando, ya
que un cortocircuito en un luminoso no debera dejar fuera de servicio el autmata.
La sealizacin de estados y alarmas se realiza con luminosos o lmparas de sealizacin. La sealizacin se polariza con
una polaridad independiente de la de mando, a los efectos de evitar inconvenientes en el mando en caso de falla de un
luminoso.
Cdigo de Colores
Para la sealizacin en pulsadores de mando y lmparas o luminosos, se emplean distintos colores.
En Europa se utiliza la norma CEI 73.
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Enclavamientos
Los enclavamientos impiden que dos rdenes de mando contradictorias tengan efecto
simultneamente. Existen muchas formas de realizarlo, elctricamente en las botoneras o
pulsadores de mando, entre rels, en el circuito de potencia y hasta mecnicamente entre motores
con funciones opuestas.
Un enclavamiento evita que mandos contradictorios puedan accionarse al mismo tiempo. Existen diversas formas de resolverlos, dos de
ellas son el enclavamiento entre pulsadores, otra es entre las bobinas de mando de los rels o contactores.
Comando Secuencial
Como su nombre lo dice, un comando secuencial es un circuito con una secuencia de estados
predeterminada, y dependientes de ciertas entradas del sistema (pulsadores, detectores, etc.). Las
secuencia pueden ser fija, producidas por un reloj electromecnico (motor elctrico con un
reductor, levas y contactos de salida). Por ejemplo; los controles automticos de las lavadoras
domsticas, hornos de microondas, etc. Las secuencias no fijas, son producidas por cadenas de
rels temporizados, donde al cumplirse el tiempo de retardo programado para un rel, se dispara el
conteo de tiempo del rel temporizado correspondiente al estado siguiente. Para proyectar y
disear sistemas de lgica cableada complejos, se emplean Diagrama de Flujo, donde los distintos
estados del diagrama luego se ven reflejados en rels automantenidos, y las entradas se
corresponden a pulsadores y detectores del circuito de mando.