AUTOMATISMOS ELECTRICOS 1 MANTENIMIENTO INDUSTRIAL: automatismos eléctricos Jorge Torres Colás AUTOMATISMOS ELECTRICOS Resumen Para realizar el mantenimiento industrial de una empresa, es de vital importancia la comprensión y el funcionamiento de los automatismos industriales. Es por ello que este trabajo se centra en su descripción y funcionamiento, asi como de sus componentes. Se añaden tambien las practicas realizadas y su funcionamiento, que cubren los automatismos principales, que uniendose dan lugar a otros mas complejos. Por último se expone un ejemplo de un proyecto mas elaborado, en mi caso, el correspondiente a un ascensor de tres alturas. AUTOMATISMOS ELECTRICOS MANTENIMIENTO INDUSTRIAL: automatismos eléctricos Uno de los elementos de la revolución industrial, fue la invención de maquinas que podian ejecutar tareas que resultaban repetivivas para el hombre, haciendolas a su vez mas rápido y mejor. Estas maquinas del inicio de la industrialización, se basaban en las maquinas de vapor como fuerza motriz. La transmisión de esta fuerza se basaba en sistemas de poleas y engranajes complejos, aunque estos ya se usaban anteriormente, en maquinas preindustriales como los como los molinos, que existian desde la antigüedad (utilizaban estos el agua, el viento, o tracción animal). Sin embargo, el conocimiento cientifico avanzo a una velocidad nunca vista desde finales del siglo XIX, y nos trajo durante el XX las maquinas electricas. Hoy en dia, la industria sigue avanzando por esta senda, y se basa en gran medida en maquinas electricas. Para realizar el mantenimiento de una industria, es necesario conocer las maquinas electricas y como se lleba a cabo su control y automatizacion, es decir, es necesario conocer los automatismos electricos. Automatismos eléctricos Una acción esta automatizada cuando no es realizada por el ser humano. La energia electrica nos permite poner en marcha luces, maquinas de calor, y sobre todo, motores, con todas sus aplicaciones (motores propiamente dichos, bombas, compresores..). Un automatismo electrico es en fin una maquina electrica automatica. Partes de un automatismo electrico Adquisición de datos. Es la parte que se ocupa de adquirir información del proceso llevado a cabo por el automatismo, del ambiente en el que este funciona, y de las ordenes llevadas a cabo por un humano. AUTOMATISMOS ELECTRICOS Adquisición de datos del humano Son los mecanismos con los que les damos ordenes a el automatismo. Pulsadores. Cierran o abren un circuito en el momento en el que lo pulsemos y luego vuelve a su estado inicia.. Pueden tener un contacto abierto, uno cerrado, o ambos, que cambian de estado al pulsarlos. Pulsador de seta: Es un pulsador con un tamaño mas voluminoso que esta normalmente cerrado y al pulsarlo se queda abierto. Es un pulsador de emergencia que para el proceso cortando la corriente. Suele necesitar un giro o cierta fuerza para volver a ponerlo en posición cerrada. Selector: Es una maneta que permito su giro hacia 2 o mas posiciones. Una posición cierra un circuito y otra lo abre, o conmuta entre varias de ellas. Interruptor: Tiene una posición abierta y otra cerrada. Los simbolos pertemnecen a los pulsadores. En la imagen vemos un selector arriba a la derecha. La primera y segunda imagen pertenecen a setas de emergencia. AUTOMATISMOS ELECTRICOS Adquisición de datos del entorno y del proceso Sus componentes principales son los detectores. Cuanto estos se activan se cierra en ellos un circuito que pasa por ellos, o se abre un circuito que pasa por ellos. Poseen pues, un contacto Normalmente Abierto o un contacto Normalmente Cerrado, respectivamente. Pueden poseer ambos contactos. A veces, requieren un aporte de corriente electrica constante para funcionar. Ademas, se ha de tener el voltaje al que funcionan, y la intensidad maxima que puede pasar por estos contactos. Entre ellos estan: Detectores capacitivos: detectan el movimiento cuando algo pasa cerca de ellos. Detectores inductivos: detectan cuando un elemento metalico pasa cerca de ellos . AUTOMATISMOS ELECTRICOS Detectores fotoelectricos: mandan un haz de luz que al ser perturbado detecta el movimiento. Termostatos: detectan cambios de temperatura. Presostatos: detectan cambios de presión. Detectores de nivel de liquido: detectan el nivel de liquidos. AUTOMATISMOS ELECTRICOS Sensor crepuscular: detectan la luminosidad. Sensor de presencia: detectan el movimiento. AUTOMATISMOS ELECTRICOS Finales de carrera: tienen una pieza mecanica que al ser presionada cambia sus contactos. Suelen tener un contacto abierto y otro cerrado. Tratamiento de datos El tratamiento de datos es la parte de un automatismo que procesa la información obtenida en el tratamiento de datos. Se detallan a continuación sus elementos principales. Contactor Un contactor esta formado por una bobina, una armadura fija, una armadura móvil, un muelle y los contactos. Tiene unos contactos que pertenecen a los dos extremos de la bobina. El muelle separa las dos armaduras, pero al estar la bobina alrededor de la armadura fija, cuando pasa corriente por ella la convierte en un electroimán y hace que la armadura móvil se pegue a ella, moviendo de posición los contactos, que están unidos a la armadura móvil. Los AUTOMATISMOS ELECTRICOS contactos de un contartor son libres de tensión, están aislados entre ellos y de la corriente que pasa por la bobina. Entre los contactores existen los contactores motor. Estos tienen 3 contactos principales destinados a soportar una mayor potencia ( la de un motor generalmente) y normalmente abiertos, y contactos auxiliares, que pueden ser normalmente abiertos (NO, en adelante) y normalmente cerrados (NC, en adelante). Existen también contactores auxiliares, que no posees estos contactos principales. AUTOMATISMOS ELECTRICOS Los contactores se dividen también en cuatro categorias dependiendo del uso para el que están previstos: AC1 (condiciones de servicio ligeras). Contactores indicados para el control de cargas no inductivas o con poco efecto inductivo (excluidos los motores), como lámparas de incandescencia, calefacciones eléctricas, etc. AC2 (condiciones de servicio normales). Indicados para usos en corriente alterna y para el arranque e inversión de marcha de motores de anillos, así como en aplicaciones como centrifugadoras, por ejemplo. AC3 (condiciones de servicio difíciles). Indicados para arranques largos o a plena carga de motores asíncronos de jaula de ardilla (compresores, grandes ventiladores, aires acondicionados, etc.) y frenados por contracorriente. . AC4 (condiciones de servicio extremas). Contactores indicados en motores asíncronos para grúas, ascensores, etc., y maniobras por impulsos, frenado por contracorriente e inversión de marcha. Por maniobras por impulsos debemos entender aquellas que consisten en uno o varios cierres cortos y frecuentes del circuito del motor y mediante los cuales se obtienen pequeños desplazamientos. Relé Podríamos decir que un relé es un aparato que hace lo mismo que el contactor, al llegarle corriente a la bobina se abren o cierran sus contactos, La diferencia es sobre todo en el tamaño y en los usos. Los relés disponen únicamente de contactos auxiliares y son más pequeños que los contactores. Los relés son elementos que suelen operar con cargas pequeñas, mientras que los contactores se conectan con cargas de gran potencia. AUTOMATISMOS ELECTRICOS Relés temporizados Existen reles temporizados tanto acoplables a un contactor como sueltos. Poseen un contacto normalmente abierto y otro normalmente cerrado. Los hay de tres tipos: Contacto temporizado a la conexión (on delay). Tras activarse, el contacto cambia de posición tras un retardo seleccionado en el dispositivo. Contacto temporizado al reposo (off delay). Tras activarse, el contacto cambia al momento. Cuando la bobina deja de recibir tensión, tarda el tiempo marcado en volver a la posición de reposo. Por último existen mecanismos que poseen contactos tanto ON delay, como OFF delay. Dialogo hombre-maquina Es la parte del automatismo que engloba a los dispositivos que permiten saber al humano que lo supervisa saber en que fase esta el proceso automatico. Pueden ser bombillas, pilotos, timbres, bocinas… En cuanto a las bombillas y pilotos, suelen trabajar a menor tensión, por que que suele ser necesario instalar una fuente de alimentación. Instalación de potencia Es la parte del automatismo encargada de mediante las ordenes dadas por el tratamiento de datos canalizar la energía eléctrica hacia los motores, bombas, calefactores y AUTOMATISMOS ELECTRICOS demás receptores. Las ordenes del tratamiento de datos suelen activar contactores motor que son los abren o cierran los circuitos eléctricos de la instalación de potencia. AUTOMATISMOS ELECTRICOS Prácticas A continuación veremos las practicas realizadas, que cubre la mayoría de automatismos básicos. Antes de ello se ha de hacer ciertas observaciones en cuanto a la nomenclatura. Identificación de Aparatos: En los cuadros eléctricos se identificarán los aparatos siguiendo unas normas: 1º Una Letra que indique el aparato. Más abajo puedes ver la letra para cada aparato. 2º Un número que indica el número del aparato dentro del esquema. 3º Una letra que nos indica la función del aparato. Normalmente M = Main (principal) y A = Auxiliar. AUTOMATISMOS ELECTRICOS Marcado de Bornes: Utilizamos el término bornes para referirnos a cada una de las partes metálicas de una máquina o dispositivo eléctrico donde se produce la conexión del aparato con los conductores u otros aparatos. Según la norma CEI los bornes de los aparatos se marcaran con la siguiente numeración: AUTOMATISMOS ELECTRICOS Puesta en marcha de un contactor. Buscamos en esta práctica la puesta en marcha de un contactor. Dispondrá de un pulsador que lo haga activarse y de un pulsador que lo haga detenerse. S1 es la seta de emergencia. S2 es un pulsador que detiene la corriente que alimenta el contactor auxiliar KA1 al ponerse en marcha. S3 es un pulsador que alimenta el contactor KA1. Alimentamos también una fuente de alimentación destinada a señalización mediante pilotos a 24 voltios en continua. Este esquema tiene un problema evidente. Solo alimentamos la bobina cuando mantenemos pulsado S3. AUTOMATISMOS ELECTRICOS Puesta en marcha de un contactor con retroalimentación. Buscamos en este caso que el contactor quede en marcha presionar un botón de marcha y pare con otro otro de parada. En este caso al presionar S6 el contactor KA2 queda alimentado, lo que cierra el contactor KA2 y hace que la corriente tenga una via alternativa, por lo que queda encencido hasta que llega cortamos la corriente con S5 o la seta de emergencia. Tenemos también 3 pilotos. H1 queda encencido cuando tenemos corriente. El piloto para esto suele tener color blanco o azul. H2 Se enciende al estar activado KA2, por lo que será la luz de marcha, de color verde. H3 solo funciona si KA2 no recibe corriente. Sera la luz de parada, en rojo. AUTOMATISMOS ELECTRICOS Puesta en marcha de dos contactores Pondremos en marcha dos contactores. Para esta práctica no tenemos mas que poner otro circuito como el anterior en paralelo. Podemos apreciar que los dos mecanismos actúan de forma totalmente independiente. AUTOMATISMOS ELECTRICOS Puesta en marcha condicionada de dos contactores En este caso buscamos que un contactor solo se pueda activar en caso de que este activado el anterior. En este caso el circuito que corresponte a la bobina del contactor KA6 no puede funcionar a menos que el contactor KA5 este activado, pues de lo contrario el contacto 23-24 abre el circuito e impide la llegada de la fase al circuito mencionado. AUTOMATISMOS ELECTRICOS Puesta en marcha condicionada y parada automática con sensor. Buscamos añadirle al automatismo anterior un sensor cierre el circuito cuando detecte lo que es sensor este detectado para detectar, en nuestro caso luz, una vez que estén los dos contactores activados. Al activarse el segundo contactor, que como en el caso anterior esta condicionado a que funcione el primero, se cierra KA8. Si el detector B1 detecta unos lúmenes superiores a la consigna, se cierra. Entonces energizamos la bobina del contactor K9 que abre 13-14 de K9 y abre los circuitos de KA7 Y KA8, y hace sonar el timbre H4, al cerrarse también 23-24. AUTOMATISMOS ELECTRICOS Enclavamiento mutuo En este caso queremos que dos contactores solo funcionen solo cuando el otro no funciona. Cuando iniciamos KA10 con el pulsador de marcha S3, hacemos que el contacto 2122 de KA10 se abra y no podamos energizar KA11. Debemos apagar KA10 antes de poder poner en marcha KA11. Cuando iniciamos KA11 se abre su contacto 21-22 abriendo el circuito que alimenta la bobina KA10, teniendo que apagarlo también para poder encender KA10. AUTOMATISMOS ELECTRICOS Enclavamiento mutuo automatico Buscamos en este caso que al accionar un contactor el otro se apague, pero que no sea necesario apagar uno para encender el otro. En este caso utilizamos pulsadores dobles para detener realizar la función contraria al otro contactor. Tambien agregamos contactos cerrados del contactor contrario en cada mecanismo, por seguridad. AUTOMATISMOS ELECTRICOS Inversion de giro AUTOMATISMOS ELECTRICOS Arranque estrella-triangulo
