Separata 07 AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES

AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES
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FIEE - UNAC
VÍCTOR GUTIÉRREZ TOCAS
Mandos electro-neumáticos
neumáticos y electro-hidráulicos.
electro
EL MANDO DE LOS ACTUADORES HIDRÁULICOS SE REALIZAN MEDIANTE
DISTRIBUIDORES
Simple accion 3/2
Doble accion 4/2
Por botón
Por rodillo
Por
palanca
Por
pulsador
Por resorte
Por
solenoide
Por aplicación de
una presión
neumática
Por pedal
Por retén
(Mantiene una
posición)
PRINCIPALES SIMBOLOS DE ACTUACIÓN DE VÁLVULAS
Sello
Escape
Puerto en
sentido horario
Alabe
Puerto en sentido
horario
Puerto en sentido
antihorario
ACTUADOR SEMIGIRATORIO TIPO ALABE
Puerto en sentido
antihorario
MOTOR TIPO ALABE
Para fines didácticos se esquematizó el automatismo de un taladro para cumplir con su función y
cómo es que actúan los elementos de control hidráulico.
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Línea hidráulica
Línea piloto
Linea neumática, potencia
Línea de escape
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GRAFCET ( GRAfico de Control Etapa Transición)
DISTRIBUIDOR
0
A
a+
Inicio
Colocar taco en mordaza
CILINDRO
a-
P
1
S1
Avtivar sistema
B+
Cierre de mordaza
S4
Mordaza cerrada
A+
Avance lento de taladrado
S2
Broca a la profundidad
deseada
A-
Retorno rápido de la broca
S1
Taladro en posición superior
B-
Apertura de mordaza
S3
Percepción visual del taco suelto
FIN DE CARRERA
S3
S4
S2
2
BROCA
CILINDRO
MORDAZA
V
B
3
4
PULSADOR
DISTRIBUIDOR
b+
P
b-
SUMINISTRO DE POTENCIA
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ESCAPE ROSCADO
Retiro Manual
Retirada del taco
Reset
Informaciones que se manejan
P Autorización de inicio de ciclo
S1 Taladro en posición superior
S2 Taladro en posición inferior
S3 Mordaza abierta
S4 Mordaza cerrada
Cilindro
taladro A
3
4
5
+
+
Cilindro
mordaza B
-0
Cilindro
taladro A
Espaci
o
2
Espaci
o
+
Cilindro
mordaza B
-0
Órdenes que se dan:
a+ Descenso de taladro
a- Subida de taladro
b+ Cierre de mordaza
b- Apertura de mordaza
+
-0
-0
Fase
DIAGRAMA ESPACIO-FASE
15 s
Tiempo
DIAGRAMA ESPACIO-TIEMPO
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En cada parte esquematizada se consideraron los conocimientos básicos del control mediante
fluidos, la nomenclatura utilizada. Se puede hacer analogía con los sistemas eléctricos pues cuando
fluye corriente será idéntico decir que está fluyendo el elemento de comando sea neumático o
hidráulico; los sistemas electrohidráulicos relacionan la corriente de comando a los elementos del
distribuidor hidráulico.
RELACION DE LOS CAPTADORES, ACTUADORES Y CONTROLADORES
Los elementos finales o actuadores actúan luego que los controladores han realizado una
comparación con el valor deseado, sin embargo existen diversas opciones para realizar el sistema
lógico, así se puede implementar el circuito lógico mediante relés, con compuertas lógicas, con
sistemas electrohidráulicos, etc. sin embargo la esencia del control no variará, se tendrán captadores
o sensores (elementos primarios), transmisión de señales, controladores y actuadores (elementos
finales), como se puede ver en el esquema siguiente:
PARTE OPERATIVA
PARTE DE CONTROL
ACTUADORES
DISPOSITIVO LOGICO
DE CONTROL
PROCESO
CAPTADORES
COMUNICACIONES
DIALOGO
MODELO ESTRUCTURAL DE UN SISTEMA AUTOMATIZADO
La automatización de una máquina o proceso depende de que se cierre adecuadamente el bucle con
los elementos interfaceados adecuadamente de tal manera que exista una integración total del
sistema de control a fin de que el desempeño de la máquina sea óptima aún cuando se tenga
perturbaciones de diversa índole.En el siguiente ejemplo se podrá visualizar cómo es que se ligan
las señales de detección y las órdenes a los actuadores:
Motor A
Señales de los captadores
Señal de K1 y K2
Señal de K3 y K4
FC2
Motor B
FC1
FC2
Automatismo:
- Contactores K1 a K4
- Temporizadores T1 y T2
- Pulsadores
- Protecciones
- Señalizaciones
- Otros
FC1
MOTOR B
MOTOR A
Captadores
Trabajo
de
máquina
Señal de Señal de Señal giro Señal giro
bajada
subida derecha izquierda Actuadores
K3
K4
K1
K2
Ordenes de / a actuadores
Para el funcionamiento del sistema, se cuenta con cuatro contactores K1,K2,K3,K4 como
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actuadores y dos interruptores fin de carrera FC1,FC2 como detectores o captadores, los pulsadores
de marcha y parada, temporizadores y señalizaciones, el motor A para la rotación de la broca en un
sentido u otro, el motor B para subir o bajar la broca. Cuando se pulsa marcha y FC1 cerrado se
accionan K1 y K3 girando el motor A a derechas y descendiendo, ejecutándose el taladrado. Al
final del taladrado se activa FC2 deteniéndose el proceso un tiempo controlado por el temporizador
T1, al final se activan K2 y K4 girando el motor A a izquierdas y subiendo el taladro por el motor
B, actuando el FC1 detiene el proceso y se temporiza por el T2 para volver a iniciar el ciclo hasta
parar mediante el pulsador de parada. Para poner en funcionamiento un automatismo es preciso que
se realice un estudio detenido de la secuencia de operaciones que necesita de diferentes
documentos o información técnica del equipamiento así como del controlador. Debe ubicarse en el
nivel respectivo pues existen circunstancias que los controladores tienen que estar en el segundo
nivel. Otro concepto que se debe tener en cuenta es la productividad empresarial y no caer en solo
un modismo, el estudio de factibilidad considera las inversiones a realizar y la subsecuente
recuperación en un determinado periodo de tiempo; esto es hacer el estudio previo de todo el
proceso, el estudio técnico económico para así tomar una decisión final.
Inicio
Tipo
Lógica
cableada
Familia
tecnológica
Eléctrica
Electrónica
Lógica
programada
Electrónica
Especificaciones
funcionales
Subfamilias específicas
Relés electromagnéticos
Electroneumática
Electrohidráulica
Electrónica estática
Microcomputador
Sistemas
informáticos
Minicomputador
Microsistemas (Específicos)
Autómatas programables o PLC
Resolución de
las opciones
tecnológicas
Estudio económico de las
opciones
Toma de
decisiones
Opciones tecnológicas generales
Lógica
cableada
Lógica
programada
Fin
Se tiene que estar informado de las especificaciones técnicas del sistema o proceso a automatizar y
su correcta interpretación de la parte económica para no caer en una buena opción técnica pero no
viable económicamente; los materiales y equipos que se utilizarán deben ser de calidad, existentes
en el mercado y con soporte técnico donde se brinde calidad de la información, disponibilidad y
rapidez en su recambio cuando sea necesario.
El estudio previo debe abarcar un conocimiento y análisis con el mayor detalle posible de las
características, el funcionamiento, las distintas fases y funciones de la máquina o proceso a
automatizar. Recuerde que al automatizar se busca una mayor velocidad precisa en la producción y
si existe un error, el error se realizará mas rápidamente.
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En la parte técnica económica se considera el listado de materiales y equipos configurados,
conectividad, tasas de retorno, valoración económica y factibilidad concordada con la opción
tecnológica adecuada, también se consideran el mantenimiento, confiabilidad, desempeño, etc.
Inicio
Inicio
Documentos
del proceso
- Memoria de func.
- Planos, etc.
Documentación
del proceso;
especificaciones
funcionales, etc.
Interpretación
del proceso
Interpretación
del proceso
Diagrama del
proceso
Esquemas de
potencia, mando
etc. del proceso
Determinación
de E/S,
temporizadores,
contadores, etc.
Especificaciones
de materiales,
aparatos y sus
costos
Elección del
Autómata
Determinación
de tiempos
Asignaciones de
E/S, relés,
temporizadores,
contadores, etc.
Montaje y
pruebas
Puesta en
funcionamiento
Características
específicas del
autómata
Fin
Esquema eléctrico de potencia
del proceso
Programación:
* Diagrama
* Lista de Instr.
* Diagrama de
tiempos, etc.
Plano de distribución de componentes del
automatismo
Autómata
* Puesta en
funcionamiento
M
Esquema de
conexionado de
E/S al autómata
Puesta en
modo RUN
R1
Montajes
R1
Puesta en
funcionamiento
Lógica Cableada
Fin
Lógica Programada
Dispositivos
de
entrada
o captadores
Sección
De
Entradas
Unidad
Central
de
Proceso
CPU
Sección
De
salidas
Dispositivos
de
salida
o
actuadores
Controlador Lógico Programable básico
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A continuación se muestra un organigrama que puede darnos una idea general de la opción a
escoger en función de la complejidad de los procesos, a los cálculos numéricos que se tiene que
realizar, al volumen de trabajo que se deben producir, al número de cadencias (esto es movimientos
que se suceden en forma regular), al número de máquinas con que se cuenta, al tamaño de la
empresa, a la interrelación que tiene que existir entre el operario con las oficinas de producción, a
los estudios que se han realizado anteriormente con respecto a la distribución de planta o Layout
entre otros muchos factores.
Inicio
Si
Procesos
múltiples y
complejos
No
No
Cálculos
numéricos
Si
Lógica
secuencial
Lógica
eletrónica
Lógica
programada
Sistemas
informáticos
Si
Elevado
número de
cadencias
Muy elevado
número de
cadencias
No
Si
Pocas E/S
y sencillos
calculos
Si
No
Lógica de tipo
complejo
Si
Cálculos
sencillos
Procesos
de elevada
envergadura
No
No
Una
o algunas
máquinas
Si
Si
Si
No
Elevado
número de
máquinas
No
No
Si
Volumen
limitado
Si
No
Sistema con
microprocesador
No
Elevado
número de
cilindros
Si
No
No
Lógica eléctrica
o electrónica
Si
No
Elevado
número de
máquinas
Si
Estudio
específico
Lógica
neumática
Lógica cableada
eléctrica
Elevado
número de
máquinas
Estudio
específico
Lógica cableada
electrónica
Micro
computador
Controlador Lógico
Programable
Microsistema
específico
Mini
computador
Fin
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