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Elementos de electroneumtica y
mando electroneumtico
UNIDAD DE TRABAJO 7
SISTEMAS DE CONTROL SECUENCIAL
7.1 Introduccin a la electroneumtica.
En largas distancias las seales de mando neumticas se debilitan yretrasan sus efectos, debido a la prdida de carga. (no son rpidas yseguras).
Las conducciones largas representan un consumo muy elevado deaire y los gastos que de ello se derivan pueden resultar intolerables.
Por esto se prefiere combinar las ventajas del mando elctrico conla simplicidad y eficacia de la neumtica, lo que nos lleva a lasaplicaciones electroneumticas.
DEFINICIN
Es la tcnica o tecnologa que utiliza circuitos elctricos para el control de
accionamientos neumticos.
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NECESIDAD Y JUSTIFICACIN
Los elementos de mando y control neumticos son ms complejos,ms caros de fabricar y mas difciles de montar que los elementos
elctricos semejantes.
Cuando los requisitos del mando son lo suficientemente complejos, loscircuitos elctricos que lo efectan, son mas simples y mssencillos de implementar que los correspondientes circuitosneumticos.
Los circuitos de mando elctricos pueden combinarse con otras
tcnicas de mando ms sofisticadas (electrnica, control mediante
autmatas, control distribuido,).
7.1 Introduccin a la electroneumtica.
7.2 Elementos que intervienen en un S.E.
Dispositivos elctricos Dispositivos neumticos
Fuente de
Alimentacin
Elemento de
Proteccin
Mando
manual
Mando
Intermedio.
Detectores
De posicin
Electrovlvula
Convertidor E/N
Actuador Cilindro
Regulad.
De caudal
Distrib.
neumatico
Unidad de
mantenimiento
Compresor
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DISPOSITIVOS ELCTRICOS En la unidad anterior ya vimos los componentes neumticos ms
usuales y sus aplicaciones. En este tema incidiremos sobre el resto de
componentes que intervienen en un S.E. es decir: dispositivos
elctricos y dispositivos electroneumticos.
7.2 Elementos que intervienen en un S.E.
ELEMENTOS DE MANDO MANUAL
Son accionados por el usuario de forma directa. Su parmetros son:
N de posiciones y estabilidad: 2 posiciones (Monoestable obiestable) o ms (todas estables).
Nmero de contactos abiertos, cerrados y conmutados. Si esmonoestable se estiman como Normalmente abiertos (NA) y
Normalmente cerrados (NC)
Intensidad de sus contactos (en A). Tensin de ruptura (V o KV) Tipo de accionamiento: Pulsacin, rotacin, basculacin
DISPOSITIVOS ELCTRICOS
7.2 Elementos que intervienen en un S.E.
ELEMENTOS DE MANDO MANUAL
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DISPOSITIVOS ELCTRICOS
7.2 Elementos que intervienen en un S.E.
ELEMENTOS DE MANDO DE ACCIONAMIENTO MECNICO
Son empleados para detectar la presencia o ausencia de algnelemento, por medio del contacto mecnico entre el interruptor y elelemento a ser detectado
Su parmetros son esencialmente los mismos que los de
accionamiento manual
Monestables o biestables. (Suelen ser monoestables) Nmero de contactos Normalmente abiertos (NA) y
Normalmente cerrados (NC)
Intensidad de sus contactos (en A). Tensin de ruptura (V o KV)
Tipo de accionamiento: Taqu, rodillo (de presin, abatible obasculante), varilla
DISPOSITIVOS ELCTRICOS
7.2 Elementos que intervienen en un S.E.
ELEMENTOS DE MANDO DE ACCIONAMIENTO MECNICO
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DISPOSITIVOS ELCTRICOS
7.2 Elementos que intervienen en un S.E.
DETECTORES DE PROXIMIDAD.
Magnticos: El campo magntico de un imn activa un contacto (reed)
Inductivos: Detectan objetos metlicos.
Capacitivos: Detectan objetos de cualquier tipo.Caractersticas:
Distancia de deteccin.
Tiempo de respuesta.
Frecuencia mxima de conmutacin.
DISPOSITIVOS ELCTRICOS
7.2 Elementos que intervienen en un S.E.
DETECTORES DE PROXIMIDAD.
Detector magntico (Reed) Consta de un contacto
formado por dos lengetasdentro de una ampolla devidrio. Las lengetas estnseparadas, pero tienen la
propiedad de que al estarcerca de un campomagntico (imn), cambiansu posicin unindose ycerrando el contacto.
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DISPOSITIVOS ELCTRICOS
7.2 Elementos que intervienen en un S.E.
DETECTORES DE PROXIMIDAD.
Detector inductivo Consiste en una bobina cuya
frecuencia de oscilacin cambia alser aproximado un objeto metlico asu superficie. Este cambio de frecuencia
es detectado en un circuito electrnico
que activa el circuito de salida.
CONEXIN NPN
CONEXIN PNP
DISPOSITIVOS ELCTRICOS
7.2 Elementos que intervienen en un S.E.
DETECTORES DE PROXIMIDAD.Detector capacitivo
Consta de una sonda situada en la parte
posterior de la cara del sensor el cual es
una placa condensadora.
Al aplicar corriente al sensor, se genera
un campo electrosttico que reacciona a
los cambios de la capacitancia causados
por la presencia de un objeto.
El sistema de conexionado es semejante a
los detectores inductivos (PNP o NPN)
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DISPOSITIVOS ELCTRICOS
7.2 Elementos que intervienen en un S.E.
DETECTORES DE PROXIMIDAD.Detector fotoelctrico
Los detectores fotoelctricos o fotoclulas, pueden detectar objetos de
cualquier ndole y a grandes distancias. Pueden ser:Segn su disposicin:
De barrera: Emisor y receptor separados. Se activa al interceptar la
barrera.
De reflexin: Emisor-receptor y espejo. Se activa al interceptar la barrera.
De proximidad: Emisor-receptor. Se activa al reflejarse en el objeto.
Segn su funcionamiento:
Funcin luz. Se activan cuando reciben luz
Funcin sombra. Se activan cuando dejan de recibir luz.
DISPOSITIVOS ELCTRICOS
7.2 Elementos que intervienen en un S.E.
RELS Y CONTACTORES
Parmetros:
Tensin de la bobina.
Intensidad de los contactos.
Nmero y naturaleza de los contactos.
Denominacin de terminales:
K1 identifica al contactor nmero uno (KA1 si es contactor auxiliar).
A1 y A2 identifican a las terminales de la bobina del rel. Los contactos de fuerza son 1 y 2, 3 y 4, 5 y 6.
La numeracin de los contactos de mando identifica a:
1 cifra: se refiere al n de orden del contacto
2 cifra: se refiere al tipo de contacto:
(1 y 2) para contactos normalmente cerrados.
(3 y 4) para contactos normalmente abiertos.
(5 y 6) para contactos normalmente cerrados especiales
(temporizados, trmicos)
(7 y 8) para contactos normalmente abiertos especiales(temporizados, trmicos)
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DISPOSITIVOS ELCTRONEUMTICOS
7.2 Elementos que intervienen en un S.E.
ELECTROVLVULAS
El dispositivo medular en un sistema electroneumtico, es la vlvula
electroneumtica o electrovlvula. La electrovlvula realiza la conversin de energa elctrica,
proveniente de los elementos de mando elctricos, a energaneumtica, transmitida a los actuadores o a alguna otra vlvulaneumtica.
Esencialmente, consisten en una vlvula neumtica a la cual se leaade una bobina, por la que se hace pasar una corriente paragenerar un campo magntico que, finalmente, originar la conmutacinen la corredera interna de la vlvula, produciendo as el cambio deestado de trabajo de la misma.
DISPOSITIVOS ELCTRONEUMTICOS
7.2 Elementos que intervienen en un S.E.
ELECTROVLVULAS
Caractersticas neumticas:
Monoestable o biestable. (tambin de 3 posiciones).
N de vas.
N de posiciones y naturaleza de las mismas (NC, NA)
Tipo de pilotaje (El de activacin ser elctrico y el retorno puede ser
por muelle o tambin elctrico).
Otras (Tipo de conexin y dimetro de las vas, forma de montaje,presin, caudal, electrovlvula servopilotada).
Caractersticas elctricas:
N de bobinas de activacin.
Tipo de alimentacin y tensin de la bobina o bobinas.
Potencia elctrica nominal.
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DISPOSITIVOS ELCTRONEUMTICOS
7.2 Elementos que intervienen en un S.E.
ELECTROVLVULAS
Debido a sus caractersticas funcionales, las EV, como todos los elementos
electroneumticos, se representan tanto en el esquema elctrico como en el
esquema neumtico.
En el esquema elctrico se
representa nicamente la bobina (o
bobinas) de activacin.
En el esquema neumtico se
representa la electrovlvula con las
posiciones que tiene, las vas de
conexin neumtica y el tipo de
pilotaje.
En ambos esquemas, sus bobinas se
denominan con la letra Y seguida
de un nmero.
DISPOSITIVOS ELCTRONEUMTICOS
7.2 Elementos que intervienen en un S.E.
PRESOSTATOS Y VACUOSTATOS
Son elementos que detectan la presencia o ausencia de presin en un punto
de un circuito neumtico y transmiten esta informacin a un circuito elctrico.
Por su doble naturaleza, se representa tanto en el circuito elctrico como en el
circuito neumtico.
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CIRCUITOS DE MANDO CON ELECTROVLVULASMONOESTABLES.
7.3 Circuitos fundamentales electroneumticos.
MONOESTABLE
BIESTABLE
7.3 Circuitos fundamentales electroneumticos.
INDIRECTO BIESTABLE
CIRCUITOS DE MANDO CON ELECTROVLVULASMONOESTABLES.
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7.3 Circuitos fundamentales electroneumticos.
BIESTABLE
CIRCUITOS DE MANDO CON ELECTROVLVULAS BIESTABLES.
MANDO ALTERNATIVO CON DETECTORES DE POSICIN
7.4 Circuitos electroneumticos cableados.
(Electrovlvulas biestables)
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MANDO ALTERNATIVO CON DETECTORES DE POSICIN
7.4 Circuitos electroneumticos cableados.
(Electrovlvulas monoestables)
7.3 Circuitos fundamentales electroneumticos.
MONOESTABLE
CIRCUITOS DE MANDO CON ELECTROVLVULAS BIESTABLES.
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APLICACIN DEL MTODO EN CASCADA AL MANDOELECTRONEUMTICO
7.5 Diseo de Circuitos electroneumticos cableados.
Ejemplo de secuencia: A+ B+ B- A- Secuencia GrupoSeal en
la vlvula
Final de
carrera
A+I
Y1 S2
B+ Y3 S4
B-II
Y4 S3
Y2 S1A-
Usamos un rel
biestable
APLICACIN DEL MTODO EN CASCADA AL MANDOELECTRONEUMTICOEjemplo de secuencia: A+ B+ B- A- Secuencia Grupo
Seal en
la vlvula
Final de
carrera
A+I
Y1 S2
B+ Y3 S4
B-II
Y4 S3
Y2 S1A-
Usamos un relmonoestable
7.5 Diseo de Circuitos electroneumticos cableados.
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7.5 Diseo de Circuitos electroneumticos cableados.APLICACIN DEL MTODO EN CASCADA AL MANDOELECTRONEUMTICO
GENERALIZACIN DEL MTODO APLICADO A TRES GRUPOS
7.5 Diseo de Circuitos electroneumticos cableados.
APLICACIN DEL MTODO EN CASCADA AL MANDOELECTRONEUMTICO
GENERALIZACIN DEL MTODO APLICADO A CUATRO GRUPOS
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7.5 Diseo de Circuitos electroneumticos cableados.APLICACIN DEL MTODO GRAFCET AL MANDO ELECTRONEUMTICO
SecuenciaSeal en
la vlvula
Final de
carrera
A+ Y1 S2
B+ Y3 S4
B- Y4 S3
A- Y2 S1
MONTAJE DE UN SISTEMA ELECTRONEUMTICO PROGRAMADO.
7.6 Sistemas electroneumticos programados.
En la parte elctrica del
sistema el montaje se
reduce a conectar, por
un lado las distintas
entradas, correspon-
dientes a los elemen-tos
de mando y los
detectores del sistema; ypor otro lado se
conectarn a las sa-lidas
las bobinas de las
electrovlvulas. Por
ejemplo en el supuesto
del apartado anterior, el
esquema elctrico sera
(el neumtico no
cambia):
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MANDO DE SISTEMAS ELECTRONEUMTICOS PROGRAMADOS.
7.6 Sistemas electroneumticos programados.
Nos referiremos al control de un sistema electroneumtico mediante un
autmata FESTO SF 03. Se trata de un controlador anticuado. Sin embargo es el
que tenemos, en nuestro taller, integrado con la clula de fabricacin flexible.
Se trata de un PLC que posee entradas y salidas digitales agrupadas en bolques
de 8. El referenciado de ambas requiere indicar el tipo (I para las entradas y O
para las salidas), el bloque, un punto y el nmero de orden dentro del bloque (de
manera semejante al TSX). Por ejemplo:
Ix.y para las entradas. (y de 0 a 7)
Ox.ypara salidas. (y de 0 a 7)
Fx.y para flags o marcadores. (y de 0 a 15)
Ry para registros tipo palabra (y de 0 a 127)
Se puede trabajar con informacin tipo palabra, intercalando la letra W despusde letra del tipo de variable (I, O, F). Por ejemplo FW2.
Temporizadores ( T0 .T31). Parmetros:
Tn = bit de salida. Mientras cuenta est a 1.
TPn = tiempo preseleccionado.
TWn = Tiempo actual.
MANDO DE SISTEMAS ELECTRONEUMTICOS PROGRAMADOS.
7.6 Sistemas electroneumticos programados.
La programacin de este PLC se basa en el lenguaje tipo STL que emplea distintos
elementos, entre los que destaca la instruccin STEP (paso), que se utiliza para
marcar el comienzo de un bloque lgico de cdigo de programa. En el bloque
lgico se incluyen sentencias del tipo IF THEN
OTERWISE.
Un STEP, incluye al menos una sentencia y toma la siguiente forma:
STEP (label)IF I1.0 Si la lnput 1.0 es ActivaTHEN SET 02.4 entonces activar Output 2.4 y proceder al prximo step
El programa esperar en este Step hasta que las condiciones sean ciertas, en ese
momento las acciones sern ejecutadas y entonces, slo entonces, el programa
seguir al prximo Step.
Describiremos nicamente las instrucciones bsicas para realizar las aplicaciones
electroneumticas de mando, habituales.
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MANDO DE SISTEMAS ELECTRONEUMTICOS PROGRAMADOS.
7.6 Sistemas electroneumticos programados.
STEPIF THEN SET 02.4
RESET O1.3LOAD V300 TO R10 valor 300 a registro 10LOAD V200 TO TP0 temporizador a 2 segundosSET T0 comienza a contar el temporizador
Despus de la palabra THEN, suelen venir una serie de acciones. Las instrucciones
que se utilizan para esas acciones son habitualmente:
SET : pone a 1 una variable tipo bit.
RESET: pone a 0 una variable tipo bit.LOAD: carga un valor sobre una variable
MANDO DE SISTEMAS ELECTRONEUMTICOS PROGRAMADOS.
7.6 Sistemas electroneumticos programados.
Los Step de un programa, pueden, incluir mltiples sentencias:
STEPIF I2.2 Si lnput 2.2 es ActivaTHEN SET 04.4 Conmutar a activa Output 4.4IF I1.6 Si Input 1.6 es ActiveTHEN RESET 02.5 Apagar Output 2.5SET 03.3 y activar Output 3.3
Reglas de ejecucin . Si las condiciones de una sentencia se cumplen, entonces las acciones sern
ejecutadas, en caso contrario el programa se mover a la sentencia
siguiente dentro del Step actual.
Si las condiciones de la ltima (o nica) sentencia dentro de un Step se
cumplen, entonces las acciones sern ejecutadas y el programa proceder al
prximo Step. En caso contrario el programa retornar a la primera
sentencia del Step actual.
Este sistema de programacin, se presta especialmente a la implementacin deGRAFCET de secuencia lineal.
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MANDO DE SISTEMAS ELECTRONEUMTICOS PROGRAMADOS.
7.6 Sistemas electroneumticos programados.
1 Sentencia
dentro del
STEP X
Condicin
verdadera?
Accin
Es la ltima
sentencia
dentro del
STEP?
Es la ltima
sentencia
dentro del
STEP?
Ir al prximo
STEP
Prxima sentencia
dentro del STEP
Ir a la primera
sentencia del
STEP
No
No No
Si
Si Si
PROCESO DE EJECUCIN DE UN STEP
MANDO DE SISTEMAS ELECTRONEUMTICOS PROGRAMADOS.
7.6 Sistemas electroneumticos programados.
MODIFICACIN DE FLUJO DE PROGRAMA
Hay varias instrucciones adicionales STL disponibles para modificar el criterio de
ejecucin de los Steps y Sentencias del programa.
NOP
Si es usada en la parte condicional, siempre es evaluada como verdadera.IF NOP esto siempre es verdadero
THEN SET O1.0 entonces Output 1.0 ser siempre activada cuando elprograma ejecute esta lnea.
Si es usada en la parte ejecutiva de una sentencia, es equivalente a 'hacer
nada'. Se usa a menudo cuando el programa debe esperar por ciertas
condiciones y luego proceder al prximo Step.IF I3.2 si lnput 3.2 es Activa
THEN NOP no hacer nada e ir al prximo step.
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MANDO DE SISTEMAS ELECTRONEUMTICOS PROGRAMADOS.
7.6 Sistemas electroneumticos programados.
MODIFICACIN DE FLUJO DE PROGRAMA
JUMP
La instruccin JMP permite al programa ramificarse. Por ejemplo es
posible consultar las condiciones de cada sentencia y si se cumplen
ejecutar la accin programada y luego saltar (JUMP) al Step designado del
programa.STEP 50
IF I1.0 Si lnput 1.0 es Activa
THEN SET O2.2 encenderOutput2.2
JMP TO 70 y saltar a Step label 70
OTHRW
La instruccin OTHRW (otherwise - traducido: por otra parte/sino-)
puede cambiar el flujo del programa. Esta instruccin se ejecuta cuandola ltima clusula IF encontrada es evaluada como (not true) no valida.
STEP 10
IF I2.0 Si lnput 2.0 es Activa
THEN SET 03.3 encender Output 3.3
OTHRW SET 04.5 sino encender Output 4.5
MANDO DE SISTEMAS ELECTRONEUMTICOS PROGRAMADOS.
7.6 Sistemas electroneumticos programados.
EJECUCIN SIMULTNEA DE VARIOS PROGRAMAS
En todo proyecto debe haber un programa 0, que es lo mnimo y el que
administrara la ejecucin simultnea de otros programas. En estos casos las
funcines que debe realizar el programa 0 son:
Inicializar las variables.
Lanzar los programas que se ejecutarn simultneamente. Dentro de
este Step deber entrar en un bucle contnuo con el fin de controlar la
ejecucin de los dems programas.
STEP inicio
IF NOP
THEN .. Iniciamos variables.
IF I0.0 Si pulsamos marcha
THEN NOP Saltamos al siguiente Step
STEP control.
IF NOP
THEN SET P1
SET P1 Iniciamos y controlamos los subprogramas.
..IF NOP THEN JMP control. Entramos en ciclo continuo en el STEP
control
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UTILIZACIN DEL SOFTWARE
7.7. programacin de sistemas electroneumticos
El software que utilizaremos para realizar la programacin del PLC FESTO SF 03 es
el programa FST 200, cuyo entorno de trabajo al iniciarlo es el siguiente:
UTILIZACIN DEL SOFTWARE
7.7. programacin de sistemas electroneumticos
Vamos a ver los pasos necesarios para crear un proyecto, almacenarlo, cargarlo
en el PLC y probarlo.
Creacin de un proyecto
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4
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UTILIZACIN DEL SOFTWARE
7.7. programacin de sistemas electroneumticos
Escribir, editar un programa del proyecto1
2
3
4
Ejecutando estos pasos, vamos a la pantalla del editor donde escribiremos el
programa.
UTILIZACIN DEL SOFTWARE
7.7. programacin de sistemas electroneumticos
Escribir, editar un programa del proyecto
Se trata de un programa que, en la estacin 1 de la Clula flexible, activa el
cilindro expulsor cuando pulsamos marcha y lo recoge si pulsamos reset.
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UTILIZACIN DEL SOFTWARE
7.7. programacin de sistemas electroneumticos
Cargar un proyecto en el PLC SF 031
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3
4
5 Despus, para ejecutar el programa, pasamos el autmata a modo runpulsando, en la pantalla siguiente, F7 s ta rt FPC.
UTILIZACIN DEL SOFTWARE
7.7. programacin de sistemas electroneumticos
Visualizar la ejecucin de un programa
Esta opcin es de utilidad para poder evaluar los posibles errores de ejecucin.
Para ello el autmata debe estar conectado al PC a travs del puerto seriecorrespondiente.
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UTILIZACIN DEL SOFTWARE
7.7. programacin de sistemas electroneumticos
Visualizar el estado de los operandos del PLC
Esta opcin es de utilidad para poder visualizar el estado de los operadores (E/S,
Flags, Registros) del autmata. Ello ser til para, por ejemplo, determinar
cuales son las entradas y salidas conectadas al PLC.
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2
3 Despus pulsarF1 Dis p la y SF3 In fo .4 En el men que aparecer escogeremos los operandos a visualizar.5 Despus podemos pulsarF3 Din a mic Dis p la y (para visualizar los
operandos en tiempo real)
UTILIZACIN DEL SOFTWARE
7.7. programacin de sistemas electroneumticos
Opciones de Backup y Restore: Elegir unidad de volcado
Esta opcin es de utilidad para poder pasar un proyecto, por ejemplo, a un
Pendrive y de ste al directorio de proyectos del disco duro, para poder
gestionarlo. En este primer paso elegimos el disco donde tener las copiasde los proyectos.
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UTILIZACIN DEL SOFTWARE
7.7. programacin de sistemas electroneumticos
Opciones de Backup y Restore: Hacer un backup de un proyecto
Estos seran los pasos necesarios para realizar el backup de un proyecto,
desde el directorio de trabajo del disco duro a una unidad de disco externa
(p.e. un pendrive). Una vez tenemos el proyecto en el pendrive, podemos
pasarlo a otro PC realizando la operacin contraria que veremos a
continuacin.
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UTILIZACIN DEL SOFTWARE
7.7. programacin de sistemas electroneumticos
Opciones de Backup y Restore: Hacer un restore de un proyecto
En este punto realizamos la operacin inversa, es decir, realizar el restore
de un proyecto desde el disco o pendrive hasta el directorio de trabajo del
programa en el disco duro.
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