Unidad 3. Diseño de circuitos combinatorios y secuenciales neumáticos Subtema 3.4 Documentación de sistemas combinacionales y secuenciales Secuencias neumáticas En la realización de automatismos nos interesa ejecutar una serie de movimientos en un orden determinado y de forma cíclica, ejecutando una única vez o indefinidamente. Cuando los circuitos son sencillos y las secuencias de movimiento también se pueden diseñar o directamente montar de forma intuitiva, pero cuando se complican y aparecen señales permanentes que perturban el correcto funcionamiento de las válvulas, necesitamos otras herramientas de diseño para poder identificar y corregir los problemas que surgen. Para representar los movimientos de una secuencia neumática es mediante los diagramas de funcionamiento. Diagramas de funcionamiento Para designar una secuencia se siguen las siguientes reglas: Los cilindros y otros elementos de potencia se designan por las letras mayúsculas del alfabeto: A, B, C y así sucesivamente. Los finales de carrera correspondientes a cada cilindro se designarán con la letra minúscula correspondiente al cilindro que los acciona seguido de un número que comienza con el 0 y va creciendo en dirección al avance. Ejemplo: a0, a1, b0, b1, c0, c1, c2, etc El sentido de avance del cilindro (salida del vástago) se indica con el signo (+), mientras que el retroceso (entrada del vástago) se representa con el signo (-). Las fases se describen por orden cronológico (entendemos por fase el cambio de estado de un elemento de potencia, generalmente un cilindro). A cada cilindro se le asociarán dos detectores de posición (generalmente finales de carrera), que en el caso del cilindro A serán a0 y a1, de forma que al final del movimiento de avance el cilindro accionará el detector a1 y al final del movimiento de retroceso el cilindro accionará el detector a0. Una secuencia se puede representar gráficamente por medio de los diagramas de funcionamiento: Diagrama de movimiento Los diagramas de movimiento se utilizan para representar el avance y retroceso de los cilindros, representando en el eje horizontal las sucesivas fases de la secuencia de movimiento (diagrama espacio-fase), o bien representando en dicho eje horizontal el tiempo (diagrama espacio-tiempo), mientras que en el eje vertical se representa el espacio recorrido por el vástago. Unidad 3. Diseño de circuitos combinatorios y secuenciales neumáticos Diagramas de mando En los diagramas de mando representamos el estado de los captadores de posición (finales de carrera, generalmente) asociados a los cilindros que forman parte de la secuencia de movimiento, así cuando el vástago del cilindro A se encuentra totalmente replegado en el interior accionará el final de carrera a0 y este dará señal en su salida. Al contrario, ocurrirá con el final de carrera a1 que se accionará cuando el vástago esté totalmente extendido fuera del cilindro. Generalmente se dibujan juntos ambos diagramas (movimiento y mando), los empleamos para localizar en la secuencia aquellos momentos en que se producen coincidencia de señales de pilotaje en ambos lados de las válvulas neumáticas lo que daría lugar a un mal funcionamiento de los circuitos, por lo que hemos de corregirlos empleando, por ejemplo, temporizadores de impulso. A continuación, se representan estos diagramas para la secuencia A+B+B-A-: Las flechas horizontales indican que finales de carrera se accionan al final de cada secuencia y las flecas inclinadas indican sobre que válvula y a qué lado actúan las señales neumáticas emitidas por el final de carrera, estás mismas flechas nos indican entre qué elementos hemos de conectar los tubos en el circuito neumático. Para localizar donde se pueden producir las interferencias de señales hay observar en que señales de los finales de carrera actúan sobre una misma válvula, nos apoyamos de los diagramas (movimiento y mando). En el caso presentado (Imagen 1) se puede apreciar que la válvula que controla el cilindro B es pilotada por un lado por a1 y por el otro por b1, observando el gráfico de mando se ve que ambos finales de carrera envían señal a la válvula a la mitad del ciclo, por lo que la segunda señal (b1) no surtirá el efecto oportuno, para evitar este fallo se colocará un temporizador de impulso en el tubo que une ambos elementos. Imagen 1. Diagrama de movimiento y mando para la secuencia A+B+B-A- Sistema Paso a Paso Se puede realizar de dos formas: paso a paso máximo y paso a paso mínimo, la única diferencia es el número de grupos en una secuencia. Para el paso a paso máximo elegimos tantos grupos como fases tiene la secuencia; mientras que en el paso a paso mínimo los grupos se escogen de forma que sean el menor posible; este último método será el que utilizaremos pues utiliza menos componentes y consecuentemente es más barato. Ejemplo Para la secuencia A+B+B-C+C-A-, se divide la secuencia en grupos de forma que en ninguno de ellos se repita ninguna letra, por ejemplo: /A+B+/B-C+/C-A- Unidad 3. Diseño de circuitos combinatorios y secuenciales neumáticos Una vez dividida la secuencia en grupos, se empieza el esquema del circuito dibujando los cilindros en la posición que corresponde al comienzo del ciclo. Cada cilindro estará controlado por una válvula 4/2 o 5/2 de accionamiento neumático. Dibujar debajo de estas válvulas distribuidoras, tantas líneas horizontales (líneas de presión) como grupos haya en la secuencia y numerarlas con números romanos: I, II, III, IV Debajo de las líneas de presión se dibujan las memorias (válvulas 3/2 de accionamiento neumático), cada una de ellas alimenta a una línea. Con el fin de tener una única línea con presión en cada momento, la etapa anterior es siempre devuelta a su posición inicial (sin presión) por la etapa siguiente, por lo que cada memoria estará pilotada por la derecha desde la línea siguiente a la que alimenta, y por la izquierda desde el último final de carrera del grupo anterior. En la posición de partida están borradas (cerradas) todas las memorias con excepción de la última que debe estar activada. Los finales de carrera se alimentan de la línea de presión a la que pertenecen, salvo el último de cada grupo que se alimenta directamente de la fuente de presión, ya que es el encargado de cambiar la línea de presión activa. Dentro de cada grupo, cada final de carrera pilota el siguiente movimiento de la secuencia: (a1 -> B+), (b0 -> C+) y (c0 -> A-) El último final de carrera de cada grupo activa la memoria del grupo siguiente dando presión a la línea correspondiente que, a su vez, pilota el primer movimiento del siguiente grupo: (a0 -> I -> A+), (b1 -> II -> B-) y (c1 -> III -> C-) Imagen 2. Circuito neumático secuencia: A+B+B-C+C-A- Unidad 3. Diseño de circuitos combinatorios y secuenciales neumáticos Método Cascada Es un sistema sencillo para la resolución de circuitos neumáticos secuenciales, en los cuales, se repitan estados neumáticos. El método consta de una serie de pasos que deben seguirse sistemáticamente: Definir la secuencia. Lógicamente, conforme al funcionamiento que se desea del sistema. Si se quiere un avance del cilindro A, un avance del cilindro B y un retroceso simultáneo de ambos, la secuencia quedaría de la siguiente forma: A+ B+ (A- B-) Determinar los grupos. Teniendo en cuenta que en un mismo grupo no puede repetirse la misma letra y que si en el último grupo hay una o más letras que no están en el primer grupo, pasarían a éste, delante de la primera letra de la secuencia. Colocar tantas líneas de presión como grupos hay en la secuencia y tantas válvulas distribuidoras de línea, como grupos menos uno. Ejemplo Mando neumático de tres cilindros de doble efecto. Cilindro A (Finales de carrera S1 y S2) Cilindro B (Finales de carrera S3 y S4) Cilindro C (Finales de carrera S5 y S6) Secuencia de funcionamiento: A+A-B+B-C+C– Grupos Neumáticos: A+/A-B+/B-C+/C – G1: (C-) A+. El movimiento C- pasa al primer grupo. G2: A- B+ G3: B- C+ Condiciones de funcionamiento: A + = G1. S5. Marcha G2 = G1. S2 A - = G2 B + = G2. S1 G3 = G2. S4 B - = G3 C + = G3. S3 G1 = G3. S6 C - = G1 Imagen 3. Circuito neumático secuencia: A+A-B+B-C+C- Unidad 3. Diseño de circuitos combinatorios y secuenciales neumáticos Circuitos en cascada con movimiento simultáneo de varios cilindros Se procederá como en el caso anterior y además hay que tener en cuenta: Todos los movimientos simultáneos recibirán las órdenes al mismo tiempo. Las letras que en la secuencia representen estos movimientos, corresponderán al mismo grupo. La siguiente orden la dará el grupo correspondiente a través de todos los finales de carrera que son accionados con estos movimientos o con el final de carrera que sea accionado por el cilindro que más tarde en realizar su carrera. Ejemplo Mando neumático de cuatro cilindros de doble efecto. Cilindro A (Finales de carrera S1 y S2) Cilindro B (Finales de carrera S3 y S4) Cilindro C (Finales de carrera S5 y S6) Cilindro D (Finales de carrera S7 y S8) Secuencia de Funcionamiento: A+B+C+(A-D+) (B-D-) C Grupos Neumáticos: A+B+C+/(A-D+) / (B-D-) CG1: A + B + C + G2: (A - D +) G3: (B - D -) C – Condiciones de Funcionamiento A + = G1. Marcha B + = G1. S2 C + = G1. S4 G2 = G1. S6 D + = G2 G3 = G2. S1. S8 D- = G3 = G3. S3. S7 G1 = G3. S5 Imagen 4. Circuito neumático secuencia: A+B+C+(A-D+) (B-D-)C- Circuitos en cascada que repiten movimiento dentro de la secuencia Las órdenes que llegan a los distribuidores de los cilindros que repiten movimiento irán seleccionadas mediante selectores de circuito. Los finales de carrera de estos cilindros son accionados varias veces y en cada una de ellas dan una orden diferente. Estas órdenes Unidad 3. Diseño de circuitos combinatorios y secuenciales neumáticos están condicionadas, por lo que los finales de carrera que repiten movimiento deben recibir presión de red directamente y dar la señal necesaria junto con el grupo que corresponda, a través de válvulas de simultaneidad. Ejemplo Mando neumático de dos cilindros de doble efecto. Cilindro A (Finales de carrera S1 y S2) Cilindro B (Finales de carrera S3 y S4) Secuencia de Funcionamiento: A+B+A-B-A+A – Grupos Neumáticos: A+B+/A-B-/A+/A– G1: A + B + G2: A - BG3: A + G4: A – Condiciones de Funcionamiento A + = G1. Marcha B + = G1. S2 G2 = G1. S4 = G2 = G2. S1 G3 = G2. S3 A + = G3 G4 = G3. S2 = G4 G1 = G4. S1 Imagen 5. Circuito neumático secuencia: A+B+A-B-A+A- Unidad 3. Diseño de circuitos combinatorios y secuenciales neumáticos Método GRAFCET El GRAFCET es un diagrama funcional que describe los procesos a automatizar, teniendo en cuenta las acciones a realizar, y los procesos intermedios que provocan estas acciones. Este método de representación es aceptado en Europa y homologado por varios países, entre ellos Francia por la norma NFC-03-190 y en Alemania por DIN. Un GRAFCET está compuesto de: Etapa: define un estado en el que se encuentra el automatismo. Las etapas de inicio se marcan con un doble cuadrado. Acción asociada: define la acción que va a realizar la etapa, por ejemplo, conectar un contactor, desconectar una bobina, etc. Transición: es la condición o condiciones que, conjuntamente con la etapa anterior, hacen evolucionar el GRAFCET de una etapa a la siguiente, por ejemplo, un pulsador, un detector, un temporizador, etc. Imagen 6. Composición de un GRAFCET Principios Básicos Para realizar el programa correspondiente a un ciclo de trabajo en lenguaje GRAFCET, se deberán tener en cuenta los siguientes principios básicos: Se descompone el proceso en etapas que serán activadas una tras otra. A cada etapa se le asocia una o varias acciones que sólo serán efectivas cuando la etapa esté activa. Una etapa se activa cuando se cumple la condición de transición y está activa la etapa anterior. El cumplimiento de una condición de transición implica la activación de la etapa siguiente y la desactivación de la etapa precedente. Nunca puede haber dos etapas o condiciones consecutivas, siempre deben ir colocadas de forma alterna. Clasificación de las secuencias En un GRAFCET podemos encontrarnos con tres tipos de secuencias: Lineales. En las secuencias lineales el Imagen 7. Sucesión lineal Unidad 3. Diseño de circuitos combinatorios y secuenciales neumáticos ciclo lo componen una sucesión lineal de etapas como se refleja en el siguiente GRAFCET. El programa irá activando cada una de las etapas y desactivando la anterior conforme se vayan cumpliendo cada una de las condiciones. Las acciones se realizarán en función de la etapa activa a la que están asociadas. Por ejemplo, con la etapa 1 activa tras arrancar el programa, al cumplirse la "Condición 1", se activará la etapa 2, se desactivará la 1, y se realizará la "Acción 1". Con direccionamientos o alternativa En un GRAFCET con direccionamiento el ciclo puede variar en función de las condiciones que se cumplan. En el siguiente ejemplo a partir de la etapa inicial se pueden seguir tres ciclos diferentes dependiendo de qué condiciones (1, 2 y/o 3) se cumplan, (normalmente sólo una de ellas podrá cumplirse mientras la etapa 1 esté activa, aunque pueden cumplirse varias). Imagen 8. GRAFCET con direccionamiento Simultáneas En las secuencias simultáneas varios ciclos pueden estar funcionando a la vez por activación simultánea de etapas. En el siguiente ejemplo, cuando se cumple la condición 1 las etapas 2, 3 y 4 se activan simultáneamente. Imagen 9. Secuencias Simultaneas En los casos de tareas simultáneas (árbol abierto por doble línea horizontal) la etapa siguiente al cierre solo podrá iniciarse cuando TODAS las etapas paralelas hayan terminado. Unidad 3. Diseño de circuitos combinatorios y secuenciales neumáticos Bibliografía MURIEL ESCOBAR, J. A., MENDOZA VARGAS, J. A., & CORTÉS OSÓRIO, J. A. (2010). IMPLEMENTACIÓN DE CIRCUITOS NEUMÁTICOS MEDIANTE EL USO DE LÓGICA NEUMÁTICA. Scientia et Technica. Anonimo. (Junio de 2012). BING. Obtenido de Circuitos Hidraulicos y Neumaticos: http://circuitoshidraulicos-y-neumaticos.blogspot.com/ Cruz, I. J. (s.f.). Circuitos Hidráulicos . Unidad 3. Diseño de circuitos . Instituto Tecnológico Del Istmo. Pomeda, J. M. (s.f.). Ud 6: Circuitos secuenciales. Automatismos Eléctricos, Neumáticos e Hidráulicos. Rev: 3.1.
