Manual de Formación Complementaria Sistema Hidráulico Industrial

MODULO II
SISTEMA HIDRÁULICO INDUSTRIAL
TABLA DE CONTENIDOS
MODULO I
1. ELECTROHIDRÁULICA……………..……………..……..………4
1.1 ELEMENTOS ELÉCTRICOS Y ELECTROHIDRÁULICOS.
1.2 CIRCUITOS ELECTROHIDRÁULICOS.
1.3 CIRCUITOS BÁSICOS (ELECTROHIDRÁULICA).
1.4 SENSORES Y MEDIDORES INDUSTRIALES DE APLICACIÓN BÁSICA
2. PROCEDIMIENTOS DE DETECCION Y REPARACIÓN DE FALLAS EN CIRCUITOS
ELECTROHIDRÁULICOS…………………………………………68
2.1 DETECCIÓN DE FALLAS EN SISTEMA HIDRÁULICO CON PLC.
2.2 DETECCION Y REPARACION DE FALLAS EN LOS CIRCUITOS DE
CONTROL ELECTRICO.
2.3 DIAGNÓSTICO Y MANTENIMIENTO DE PLC SIEMENS
INTRODUCCIÓN
La hidráulica es la rama de la física que se encarga del estudio de las propiedades de los
fluidos. El tema central del presente manual es la generación de fuerzas y movimientos
mediante fluidos. Los fluidos son el medio transmisor. La hidráulica industrial, que es la que
tratamos aquí, también se conoce como oleohidráulica. En numerosos sectores de la
automatización industrial se aprovecha con mucho éxito la hidráulica y electrohidráulica. Por
ejemplo, en todo el mundo se utilizan máquinas de procesamiento de madera, máquinas
herramienta, equipos de procesos continuos, prensas, máquinas de procesamiento de
materiales sintéticos y sistemas de transporte que funcionan con sistemas de control
electrohidráulicos. Pero también los equipos hidráulicos móviles con sistemas de control
electrohidráulicos tienen múltiples usos, por ejemplo en vehículos agrarios, vehículos
utilizados para la construcción de carreteras o vehículos municipales. En el presente manual
se explican, a modo de introducción al tema, la construcción y el funcionamiento de los
componentes utilizados en sistemas hidráulicos y electrohidráulicos. En los próximos
capítulos se describen procesos, se explica la estructura de esquemas de distribución y se
hace hincapié en medidas de protección y seguridad. Además, el progreso tecnológico y las
exigencias más estrictas han tenido como consecuencia una evidente modificación de los
sistemas de control. Buenos ejemplos de ello son las redes de bus y la hidráulica proporcional.
La estrecha relación existente entre la técnica de fluidos, la microelectrónica, la técnica de
sensores y la informática redunda en numerosas soluciones innovadoras en el sector de los
actuadores y sistemas de control hidráulicos.
01
ELECTROHIDRÁULICA
1.1 ELEMENTOS ELÉCTRICOS Y ELECTROHIDRÁULICOS
La energía eléctrica (energía de mando y de trabajo) es introducida, procesada y cursada
por elementos operatorios muy determinados. Por razones de simplicidad y visualidad
figuran estos elementos como símbolos en los esquemas eléctricos. Esto facilita la
instalación y el mantenimiento de mandos.
Pero no es suficiente sólo la comprensión de los símbolos, existentes en los esquemas de
circuito y sobre los elementos, para garantizar el correcto dimensionado de mandos y la
rápida localización de errores cuando aparecen. El especialista en mandos deberá
conocer también los elementos más importantes y usuales de la electricidad (constitución,
función, aplicación).
En esta unidad se presentan los elementos para la entrada, el procesamiento y la
conversión de señales eléctricas que gobiernan los equipos electrohidráulicos.
Elementos eléctricos para la entrada de señales
Estos elementos tienen el cometido de introducir en el ámbito del tratamiento de las señales
eléctricas procedentes de los diferentes puntos de un mando (instalación), ello con
diferentes tipos de accionamiento y tiempos de accionamiento de diferente duración.
Cuando el control de tales elementos sucede por la unión de contactos eléctricos, se
habla de mando por contacto, en caso contrario de mando sin contacto o electrónico. En
cuanto a la función se distingue entre los elementos contacto de cierre, contacto de apertura
y contacto de conmutación.
El contacto de cierre tiene el cometido de cerrar el circuito, el contacto de apertura ha de
abrir el circuito, el contacto de conmutación abre o cierra el circuito.
El contacto de conmutación es un ensamble constructivo de contacto de cierre 3 - 4 y
contacto de apertura 1 – 2 de tal forma que al activarse el contacto se abre entre 1 –
2 y se cierra entre 3 – 4 simultáneamente.
Ambos contactos tienen un elemento móvil de conexión. Este elemento de conexión,
en posición de reposo tiene contacto siempre sólo con una conexión.
El accionamiento de estos elementos puede tener lugar manual o mecánicamente o
bien por mando a distancia (energía de mando eléctrica, neumática). Otra distinción
existe entre pulsador e interruptor. El pulsador ocupa por el accionamiento, una
determinada posición de contacto, solamente mientras existe el accionamiento del
mismo. Al soltarlo vuelve a ocupar la posición inicial debido al resorte.
El interruptor también ocupa por el accionamiento
determinada. Pero para mantener dicha posición
continuo del interruptor. Este interruptor incorpora
mecánico. Sólo por un nuevo accionamiento regresa
una posición
no hace falta
casi siempre
el interruptor a
de conexión muy
un accionamiento
un enclavamiento
la posición inicial.
Pulsadores
Para que una máquina o instalación pueda ponerse en movimiento, hace falta un
elemento que introduzca la señal. Un pulsador, es un elemento tal, que ocupa en el
accionamiento continuo la posición deseada de conexión.
La figura muestra ambas posibilidades, es decir como contacto de cierre (NA) y como
contacto de apertura (NC). Al accionar el pulsador, actúa el elemento móvil de conexión en contra
de la fuerza del muelle, uniendo los contactos (contacto de cierre
3-4) o separándolos (contacto de apertura 1 - 2). Haciendo esto está el circuito cerrado o
interrumpido. Al soltar el pulsador, procura el muelle la reposición a la posición inicial.
En la figura aquí mostrada, ambas funciones, es decir contacto de cierre y contacto de
apertura, están ubicadas en un solo cuerpo. Accionando el pulsador quedan libres los contactos
del contacto de apertura e interrumpen el circuito. En el contacto de cierre establece el
elemento de conexión el cierre entre los empalmes, quedando el circuito cerrado. Soltando
el pulsador lleva el muelle los elementos de conexión a la posición inicial.
La aplicación de los pulsadores es necesaria en todos aquellos casos, donde han de
comenzar ciclos de trabajo y donde deben alcanzarse determinados desarrollos funcionales
por la introducción de señales o donde hace falta un accionamiento continuo por razones
de seguridad. En la realización del circuito juega la elección de estos elementos, ya sea como
contacto de cierre o contacto de apertura o contacto de cierre/apertura juntos (contacto
conmutado), un papel importante.
Las industrias eléctricas ofrecen los más diversos pulsadores. Un pulsador puede estar
equipado también con varios contactos, p. ej. 2 contactos de cierre y 2 de apertura o 3
contactos de cierre y 1 contacto de apertura.
Los pulsadores que se encuentran en los bancos electrohidráulicos FESTO cuenta con dos
contactos NA y dos contactos NA, los cuatro contactos cambian su estado al accionar el pulsador.
A menudo ofrece el comercio los pulsadores equipados con una lámpara de señal.
Interruptor
Estos interruptores de botón quedan mecánicamente enclavados en el primer
accionamiento. En el segundo accionamiento vuelve a quedar anulado el enclavamiento, el
interruptor reconecta a la posición Inicial. Los pulsadores e interruptores de botón están
especificados en la DIN 43605 y tienen una determinada posición de montaje.
Interruptor normalmente abierto con accionamiento manual por estirado
Interruptor normalmente abierto con accionamiento manual por giro
El interruptor que se encuentra en los bancos electrohidráulicos cuenta con dos contactos
NA y dos contactos NA, los cuatro contactos cambian su estado al accionar el interruptor.
Finales de carrera mecánicos
Con los finales de carrera se detectan determinadas posiciones de piezas de maquinaria
u otros elementos de trabajo.
En la elección de tales elementos introductores de señales es preciso atender especialmente la
solicitación mecánica, la seguridad de contacto y la exactitud del punto de conmutación.
En su ejecución normal estos interruptores finales tienen un contacto conmutado. En ejecución
especial son posibles otras combinaciones de conexión.
Los finales de carrera se distinguen también según la introducción de contactos: Contacto
lento o contacto rápido. En el contacto lento, la velocidad de apertura o cierre de los
contactos es idéntica a la del accionamiento del pulsador (apropiado para bajas velocidades
de acceso). En el contacto rápido no tiene importancia la velocidad de acceso, ya que en
un punto muy determinado, el conmutado tiene lugar bruscamente. El accionamiento del final
de carrera puede tener lugar a través de una pieza fija, p. ej. leva o palanca con rodillo. Para el
montaje y el accionamiento de los finales de carrera hay que fijarse en las indicaciones del
fabricante, siendo preciso restar el ángulo de acceso y el sobre - recorrido.
Los finales de carrera son frecuentes que estén diseñados con un par de contactos de
conexión – desconexión.
Final de carrera en posición de reposo (no está accionado)
En este caso el final de carrera se puede usar como normalmente cerrado (NC)
o como normalmente abierto (NA)
.
Final de carrera accionado (por el cilindro o pieza).
Los finales de carrera solo pueden aparecer en los circuitos electrohidráulicos de alguna
de las cuatro formas anteriores.
Elementos eléctricos para el procesamiento de señales
¿Qué es un relé?
Relés son elementos, que conectan y mandan con un coste energético relativamente
bajo. Los relés se aplican preferentemente para el procesamiento de señales. El relé
se puede contemplar como un interruptor accionado electromagnéticamente, para
determinadas potencias de ruptura.
Antes se utilizaba el relé principalmente como amplificador en la telecomunicación.
Hoy en día se recurre a los relés para cometidos de mando o regulación en máquinas
e instalaciones. En la práctica un relé ha de satisfacer determinadas exigencias:
Ampliamente exento de mantenimiento.
Medianas frecuencia de conexión.
Conexión tanto de muy pequeñas, como también de relativamente altas intensidades
y tensiones.
Alta velocidad funcional es decir tiempos eje conmutación cortos
Constitución
En la práctica existen múltiples y diferentes tipos de construcción y sin embargo
funcionamiento es idéntico en todos los casos.
el
Funcionamiento
Aplicando tensión a la bobina, circula corriente eléctrica por el arrollamiento y se
crea un campo magnético, por lo que la armadura es atraída al núcleo de la
bobina. Dicha armadura, a su vez, está unida mecánicamente a los contactos que
llegan a abrirse o a cerrarse. Esta posición de conexión durará, mientras esté
aplicada la tensión. Una vez desaparezca la tensión, se desplaza la armadura a la
posición inicial, debido a la fuerza del resorte.
En la práctica se utilizan símbolos para los relés, para facilitar mediante una
representación sencilla la lectura de esquemas de circuito.
El relé recibe las designaciones A1 y A2 (conexiones de la bobina). Este relé tiene
4 contactos de cierre (NA), la figura
recurre a las designaciones numéricas
lo muestra claramente. Por lo demás se
13 23 33 43
14 24 34 44
La primera cifra es una numeración continua de los contactos (primer contacto,
segundo contacto, etc.). La segunda cifra, en el presente ejemplo siempre 3-4,
indica que se trata de un contacto de cierre (NA).
Constitución
En la práctica existen múltiples y diferentes tipos de construcción y sin embargo
funcionamiento es idéntico en todos los casos.
el
Funcionamiento
Aplicando tensión a la bobina, circula corriente eléctrica por el arrollamiento y se
crea un campo magnético, por lo que la armadura es atraída al núcleo de la
bobina. Dicha armadura, a su vez, está unida mecánicamente a los contactos que
llegan a abrirse o a cerrarse. Esta posición de conexión durará, mientras esté
aplicada la tensión. Una vez desaparezca la tensión, se desplaza la armadura a la
posición inicial, debido a la fuerza del resorte.
En la práctica se utilizan símbolos para los relés, para facilitar mediante una
representación sencilla la lectura de esquemas de circuito.
El relé recibe las designaciones A1 y A2 (conexiones de la bobina). Este relé tiene
4 contactos de cierre (NA), la figura lo muestra claramente. Por lo demás se
recurre a las designaciones numéricas
13 23 33 43
14 24 34 44
La primera cifra es una numeración continua de los contactos (primer contacto,
segundo contacto, etc.). La segunda cifra, en el presente ejemplo siempre 3-4,
indica que se trata de un contacto de cierre (NA).
Cuando hacen falta contactos distintos, se emplean relés con contactos de apertura
(NC) y de cierre (NA) en un mismo elemento.
Los relés con los que se cuenta en los bancos electrohidráulicos están diseñados
con cuatro contactos de conexión- desconexiç
Cuando hacen falta contactos distintos, se emplean relés con contactos de apertura
(NC) y de cierre (NA) en un mismo elemento.
Los relés con los que se cuenta en los bancos electrohidráulicos e s t á n
diseñados c La designación numérica es una gran ayuda en la
práctica. Facilita considerablemente la conexión de relés y el montaje de los
circuitos.
Existen razones d e peso para que el relé tenga todavía su sitio en el mercado, pese a
la era electrónica.
Relés de tiempo o temporizadores
Este tipo de relés tiene el cometido, de que transcurrido un tiempo ajustable determinado
conectar o desconectar en un circuito los contactos, tanto si son de apertura como
de cierre.
En este caso se habla de temporizadores c o n retardo a la conexión o retardo a la
desconexión.
Temporizador con retardo a la conexión (On delay).
Al aplicar tensión, es decir al accionar el pulsador S, empieza el contaje del tiempo
ajustado.
Una vez alcanzado el tiempo ajustado, tiene lugar un cierre del circuito por medio de
la conexión 18. Una señal de salida determina la progresión del mando.
¿Como se lleva a cabo el retardo?
Las figuras s i g u i e n t e s lo explicaran
.
Los elementos recuadrados se encuentran dentro del elemento temporizador.
Cerrando el contacto S pasa la corriente por la resistencia R1, que es ajustable. La
corriente no tomará el camino hacia el relé K1, sino que llegará a través del contacto
de apertura de K1 hacia el condensador C. El condensador se cargará y excitará al
relé K1, una vez alcanzada la tensión de atracción.
El tiempo depende de la resistencia ajustable R1. A la conexión del relé K1 queda el
circuito cerrado en la conexión 18. El contacto conmutador en el condensador cierra
el circuito a través de la resistencia R2, por lo que puede descargarse este. El
proceso puede comenzar de nuevo.
Este ejemplo induce a una comparación con un órgano temporizador neumático.
Temporizador con retardo a la desconexión (Off delay).
En el relé temporizador con retardo a la desconexión al cierre del contacto S aparece
de inmediato una señal de salida
Sólo una vez anulada la tensión de mando o la señal de entrada, comienza el
descontaje del tiempo de retardo ajustado.
¿Qué aspecto tiene aquí el comportamiento del órgano temporizador?
La figura siguiente lo vuelve a explicar.
Los elementos recuadrados se vuelven a encontrar dentro del órgano temporizador.
Al accionar el pulsador S, el relé K1 puede atraer y lo hará, suministrando una señal.
El condensador que ha sido cargado a través de la resistencia R2, después de que
el contacto conmutador de K1 ha creado la unión entre ambos elementos.
Pero una vez conectado el relé K1, el contacto K1 conmutará.
Este estado queda mantenido. Sólo cuando el
circuito, se descarga el condensador a través de
K1. Haciendo esto permanece el relé K1 aún
condensador se descarga. Sólo entonces vuelve
pulsador S vuelve a interrumpir el
la resistencia ajustable R1 y del relé
en estado conectado, mientras el
a establecerse la posición inicial.
Sistemas convertidores hidráulicos (Válvulas electrohidráulicas)
Al trabajar en la práctica de la automatización con equipos electrohidráulicos, lo que
se busca es gobernar la potencia hidráulica del aceite representada en un flujo a alta
presión con el uso de señales eléctricas provenientes de un circuito de control. El
equipo capaz de recibir una señal eléctrica y entregar una hidráulica se denomina
electroválvula y haciendo las veces de un sistema convertidor.
Las electroválvulas son los equipos que hacen el enlace entre los sistemas de
control eléctrico (rapidez) y la parte operativa de las máquinas (fuerza hidráulica),
haciendo las veces de preacionamientos, es decir que el control acciona la
electroválvula y esta gobierna los actuadores hidráulicos. El uso de las
electroválvulas pone en evidencia las ventajas de ambos sistemas.
Estos sistemas convertidores se tratan de válvulas electromagnéticas, que tienen el
cometido de convertir las señales eléctricas en señales hidráulicas.
Estas válvulas electromagnéticas c o n s t a n de una válvula hidráulica y de una parte
eléctrica de mando (cabeza de electroimán).
En esta sección se presentarán y explicarán las electroválvulas más importantes.
Electroválvula 2/2 vías (NC), con accionamiento manual auxiliar.
En posición de reposo está cerrada siendo ésta su posición base. Este elemento es una
válvula de corredera de mando directo unilateral (monoestable). En la conexión 1 (P) llega
el líquido comprimido. La corriente de líquido hacia la salida 2 (A) queda bloqueada por la
armadura. Al aplicar una señal eléctrica en la bobina, se crea un campo magnético y la
armadura es atraída. El líquido fluye desde la entrada 1 (P) hacia 2 (A). Una vez anulada
la señal eléctrica, la válvula vuelve a ocupar la posición básica debido al muelle de
reposición.
La corriente de aceite desde 1 (P) hacia 2 (A) se puede franquear manualmente por medio
de un accionamiento auxiliar. A través de una superficie existente en un tornillo, la
armadura es levantada de su asiento.
Esta electroválvula 2/2 vías se aplica como órgano de cierre.
Electroválvula 3/2 vías (NC), con accionamiento manual auxiliar.
Por una señal eléctrica en la bobina, se origina un campo magnético, que hace que la
armadura se levante de su asiento, ocupando la posición superior.
El aceite fluye desde la entrada 1 (P) hacia la salida 2 (A); el orificio de escape 3 (T),
existente en el tubo del imán, queda cerrado por la armadura. Al anular en la bobina el
campo magnético, el muelle de reposición vuelve a empujar la armadura sobre el asiento
obturador. El paso del aceite de 1 (P) hacia 2 (A) queda bloqueado; el aceite del
conducto de trabajo escapa a través de la conexión 2 (A) hacia 3 (T) en el tubo del imán.
También aquí se permite un accionamiento manual de esta electroválvula 3/2 vías.
Este elemento se aplica en mandos provistos de cilindros de simple efecto, en el mando
de otras válvulas y en la conexión y desconexión de aceite de pilotaje en mandos.
Electroválvula 4/2 vías (con accionamiento manual auxiliar).
La electroválvula 4/2 vías consta de 2 válvulas distribuidoras 3/2 y se utiliza para el
mando de cilindros de doble efecto y para el mando de otras válvulas.
En estado accionado e x i s t e comunicación e n t r e los conductos 1 (P) Y 2 (A); el
conducto 4 (B) está en escape hacia 3 (T). Al quedar anulada la señal eléctrica, ambos
émbolos de v á l v u l a regresan a s u p o s i c i ó n inicial, por l o q u e e x i s t e
comunicación e n t r e los conductos 1 (P) Y 4 (B); el conducto 2 (A) está en escape
hacia 3 (T). También en este caso facilita el accionamiento a u x i l i a r un conmutado
manual.
Electroválvula 4/3 vías
La electroválvula 4/3 vías consta de dos bobinas a ambos lados de la misma que le
permiten el avance o retroceso de un cilindro, en su control no se debe permitir que ambas
bobinas estén activas simultáneamente ya que se produciría una interferencia (bloqueo),
esta válvula con centro cerrado permite en su posición central, fijar el cilindro en
cualquier posición intermedia.
1.2 CIRCUITOS ELECTROHIDRÁULICOS
INDICACIONES GENERALES PARA EL USO DE FLUID SIM
Ejecutar el programa, haciendo doble click en el icono
Organizar los elementos más comunes en la parte superior de la
paleta de elementos para su uso más rápido (opcional)
Elementos hidráulicos y eléctricos más comunes en los sistemas
electrohidráulicos encontrados en Fluid Sim
Abrir un archivo nuevo y arrastrar los elementos a la hoja de trabajo
Configuración de los componentes
4.1) configuración de las válvulas
Las válvulas de vías se arrastran al área de trabajo y se aplica un doble click a fin de
configurarlas.
• Válvula 4/2
Luego se le asigna el nombre haciendo doble clic en el punto verde de la bobina
• Válvula 4/3
Las válvulas de vías se arrastran al área de trabajo y se aplica un doble clic a fin de
configurarlas.
Luego se le asignan los nombres a las bobinas
•
haciendo doble clic en el punto verde
Cilindro hidráulico
Si el cilindro tiene asociados finales de carrera al inicio y al final de su carrera se deben configurar
las marcas de los accionamientos con la regla de distancia, indicando que uno de los finales de
carrera esta en el milimetro cero (0) y el otro está en el milimetro cien (100).
• Bobina de electroválvula
Las bobinas de las electroválvulas arrastran al área de trabajo y se aplica un doble click a
fin de asignarle un nombre. Este elemento se usa en el circuito eléctrico y acciona su
correspondiente bobina en la electroválvula.
• Relé electromecánico
Los relé electromecánicos se arrastran al área de trabajo y se aplica un doble click a fin de
asignarle un nombre.
• Contactos asociados a un relé electromecánico
Los relés pueden tener múltiples contactos asociados que cambian su estado de
conmutación al activarse la bobina del mismo. Estos pueden ser NC (Normalmente Cerrados)
o NA (Normalmente abiertos). En el software aparecen con los nombres de flanquedores u
obturadores respectivamente,
estos se arrastran al área de trabajo y se les asigna el
nombre del relé al que pertenece.
Contacto NA del relé K1
Contacto NC del relé K1
• Finales de carrera
Se arrastran al área de trabajo como contactos NA o NC y luego se configuran como
finales de carrera (Rodillo interruptor de fin de curso).
Existen cuatro posibles formas en las que los finales de carrera pueden ser usados. Según
el gráfico del cilindro, el final de carrera A0 inicialmente debe estar
accionado, lo que no sucede con el contacto de A1, cada uno de estos contactos a
su vez puede ser NC o NA
Caso I
Final de carrera NA no accionado en posición inicial (A1)
Caso II
Final de carrera NC no accionado en posición inicial (A1)
Caso III
Final de carrera NA accionado en posición inicial (A0)
Caso IV
Final de carrera NC accionado en posición inicial (A0)
1.3 CIRCUITOS BÁSICOS (ELECTROHIDRÁULICA)
Práctica Nº 1
Mando de un cilindro de doble efecto con válvula 4/2 monoestable
El vástago de un cilindro de doble efecto ha de salir al ser accionado de un pulsador So. Al
soltar el pulsador, el émbolo ha de regresar a la posición final trasera (cilindro recogido).
Solución 1 (Accionamiento directo de una electroválvula)
Por el contacto del pulsador So, el circuito de 24 V queda cerrado. En la bobina Y1 se
genera un campo magnético La armadura en la bobina franquea el paso para el aceite. El
aceite fluye de (P) hacia (B) llegando al cilindro, cuyo émbolo es enviado a la posición de
salida del vástago.
Soltando el pulsador So, el circuito queda interrumpido. El campo magnético en la bobina
desaparece, la válvula distribuidora 4/2 vuelve a la posición inicial, el émbolo regresa a la
posición retraída.
Solución 2: (Accionamiento indirecto de una electroválvula)
En la segunda solución, un relé K1 es pilotado por el pulsador So. A través de un contacto
de cierre de K1 queda pilotada la bobina Y1 (pilotaje indirecto).
La solución 2 es preciso aplicarla, cuando la potencia de ruptura de los transmisores de
señales (So) no basta para conmutar la bobina Y1 o cuando el trabajo siguiente sucede con
otra tensión (220 V).
Por lo demás es precisa la conexión a través de relés, cuando hacen falta
combinaciones y enclavamientos.
Practica Nº 2
Mando de un cilindro de doble efecto con válvula 4/3.
El cilindro de doble efecto ha de salir al ser accionado de un pulsador S1 y regresar al
accionar el pulsador S2.
Solución 1 (Accionamiento directo de una electroválvula 4/3)
Con el uso de dos pulsadores S1 y S2 de conexión – desconexión es posible gobernar
directamente la electroválvula 4/3, este circuito impide que las bobinas estén activas
simultáneamente. Las bobinas se activaran mientras se tenga pulsados S1 o S2 de
lo contrario la válvula toma la posición central.
Solución 2: (Accionamiento indirecto de una electroválvula 4/3)
Con el uso de dos pulsadores S1 y S2 normalmente abiertos es posible gobernar
directamente la electroválvula 4/3,haciendo uso de los relés K1 y K2 los cuales manejan
las respectivas bobinas, el circuito cuenta con contactos de enclavamiento eléctrico que
impide que los dos relés estén activos simultáneamente. Las bobinas se activaran mientras
se tenga pulsados S1 o S2 de lo contrario la válvula toma la posición central.
Práctica Nº 3
Mando de un cilindro de doble efecto con válvula 4/2 monoestable
(circuito de autorretención)
En este circuito se cuenta con un pulsador S1 (Star) y un pulsador S2 (Stop), al pulsar
S1 se activa K1 y sus dos contactos normalmente abiertos se cierran, al momento de
abrir S1 la alimentación del relé K1 queda establecida por el contacto
11-14 , quedando la bobina Y1 alimentada permanentemente hasta que se decida
interrumpir la autorretención pulsando S2.
Práctica Nº 4
Mando de un cilindro de doble efecto
autorretención)
con válvula 4/3 (circuito de
En este circuito se cuenta con un pulsador S1 (Salir) y un pulsador S2 (Entrar), y un pulsador
S3 (Stop), al pulsar S1 se activa K1 y sus dos contactos normalmente abiertos se cierran,
autorreteniendo a K1, si se quiere hacer retornar el cilindro, ha de pulsar (Stop) y luego S2,
en los circuitos con autorretención sólo es necesario un impulso en S1 o S2 para que se
de la maniobra.
Práctica Nº 4
Ciclo único de un cilindro de doble efecto con válvula 4/2
El ciclo único consiste en una carrera de ida y una de venida completa con solo pulsar
S2, se puede observar que un requisito para que se active Y1 (salga el cilindro) debe ser
que el cilindro inicialmente este pulsando el final de carrera A0, una vez el cilindro sale
completamente acciona el final de carrera A1 que desenergiza K1 y hace que regrese
el cilindro. Si el pulsador S2 se cambia por un interruptor el cilindro queda en ciclo continuo,
es decir en un movimiento de vaivén indefinido.
Práctica Nº 5
Ciclo único de un cilindro de doble efecto con válvula 4/3
Al pulsar S1 se activa Y1 haciendo que se retenga K1 y salga el cilindro, una vez el cilindro
llega al fina de su carrera, toca el final de carrera A1 el cual hace que se retenga K2,
el cual no solo tumba la retención de K1 sino que activa Y2 haciendo que el cilindro
regrese, hasta tocar a A0 que desenergiza a K2 dejando el circuito en su estado inicial.
Práctica Nº 6
Ciclo continuo de un cilindro de doble efecto con válvula 4/3
La diferencia con el circuito de ciclo único es la incorporación de un relé K3 el cual
se activa con la última señal ciclo y permite que K1 inicie nuevamente el ciclo.
Además se hace uso de un interruptor (Stop General) para detener el cilindro.
Circuitos Electrohidráulicos con Dos Cilindros
Realización paso a paso de un circuito de control eléctrico para un sistema
electrohidráulico (prensa electrohidráulica)
Un circuito de control eléctrico se basa en el análisis funcional de el trabajo a realizar, dependiendo
de lo que se quiera hacer, el circuito se va armando en función de los elementos de accionamiento,
como los pulsadores, finales de carrera, el tipo de válvula (monoestable o biestable), relés,
temporizadores, contadores, entre otros.
Primeros pasos:
1. Se revisa los elementos del circuito electrohidráulico (en este caso dos cilindros
de doble efecto gobernados por correspondientes válvulas 4/3 y reguladoras de caudal).
2. Se debe tener una idea general de la máquina o dispositivo a controlar, realizando un
croquis de situación.
3. Los movimientos que deben realizar los cilindros, indicando temporizaciones del ciclo de
trabajo se deben visualizar con diagrama de espacio-fase.
4. Se realizan las funciones lógicas, las cuales corresponden a las señales necesarias para
que se den las distintas etapas.
5. Se arma el circuito de control eléctrico.
Ejemplo:
Diseñe un circuito electrohidráulico y su correspondiente sistema electrohidráulico para una
prensa. Se debe colocar una pieza la cual se sujeta por efecto de un cilindro A y se doblara con
efecto del cilindro B.
El accionamiento del circuito es por el pulsador (Star) y para iniciar la función deben estar los
cilindros en su posición inicial (finales de carrera A0 y B0 pulsados).
Se sabe que el accionamiento es por un pulsador y que cada cilindro lleva finales de carrera que
detectan si los cilindros están contraídos o extendidos, y ahora se determina la cantidad de relés
que se deben utilizar.
Por medio de los pasos que se dan en el diagrama espacio-fase tenemos que la señal entre 1 y
2 es una acción o sea que se activo con un relé, entre 2 y 3 se acciona otro relé por la llegada del
final de carrera A1, 3 y 4 ocurre la misma acción que en 2 y 3 solo que la señal que recibida es del
final de carrera B1 y entre 4 y 5 el último relé que es accionado por el final de carrera B0 y para
concluir el final de carrera A0 seria una señal de que indica el fin del ciclo.
Ahora tenemos el número de elementos que vamos a utilizar: Pulsadores: 1; Finales de carrera: 4;
Relés: 4; Válvulas: 2 biestables (4/3 con centro en circunvalación); Cilindro: 2 de doble efecto.
Por simbología se denomina la conexión de los circuitos de la siguiente forma:
Por seguridad se debe tener en cuenta que toda línea o relé que se autorretenga en un momento
del ciclo, debe ser desenergizado en otra parte del mismo, a fin de que al finalizar el circuito
no quede ningún relé energizado.
(PASO 1 A+) El pulsador activara el primer relee (K1) para accionar la válvula (Y1) la cual da
efecto a que extienda el cilindro de sujeción.
K1 activa a Y1 y sale el cilindro A
Este será el primer paso del circuito de circuito de control que se auto-retiene por medio de su
contacto asociado en la línea 2.
(PASO 2 B+) En este paso se realizará la activación de la bobina (Y3) para que se dé la salida del
cilindro (B), acción que la realiza el relee (K2) al recibir la señal de preparación (K1) y del final de
carrera (A1). Se debe prever un contacto normalmente cerrado que en el futuro sirva para tumbar la
autorretención de los relees.
K2 activa a Y2 y sale el cilindro B
Nota: todo circuito que siga después del primer paso se deben preparar para que cuando hayan
señales del mismo final de carrera no se vuelvan a activar indeseablemente.
Seguimos teniendo en cuenta que tanto el primer y el segundo relee no se han desactivado.
(PASO 3 B-) El diagrama de espacio-fase nos dice que el cilindro B al finalizar la salida del mismo
tiene que retornar de inmediato, puesto que está gobernado por una válvula biestable, está no
puede activar los solenoides (Y3 y Y4) de ambos lados de la válvula porque no conmutaría.
Una vez el cilindro (B) llega al final de su recorrido, debe realizar dos acciones simultaneamente, la
primera es activar (K3) para que alimente la bobina (Y4) y la segunda es desactivar a (Y3) tumbado
la autorretención de (K2) y de esta forma regrese el cilindro (B).
K3 desenergiza a K2 (Y3) y activa a Y4, el cilindro B regresa
(PASO 4 A-) Ya que el cilindro (B) retornó, el final de carrera B0 activa el relé K4 para que se dé
el último paso (regreso del cilindro A).
De igual forma como se definió las acciones de los relés K2 y K3 (mutuamente excluyentes,
es decir que solo puede estar uno de ellos activo); el relé K1 que activó al solenoide Y1, no puede
estar activo al momento de entrar K4 que activa a Y2. Ya que la válvula se bloquearía.
Por tal razón una vez el cilindro (B) regresa completamente y toca el final de carrera (B0), debe
realizar dos acciones simultáneamente, la primera es activar (K4) para que alimente la bobina (Y2) y
la segunda es desactivar a (Y1) tumbado la autorretención de (K1) y de esta forma regrese el cilindro
(A).
K4 desenergiza a K1 (Y1) y activa a Y2, el cilindro A regresa
Al regresar completamente el cilindro (A) y tocar al final de carrera A0, desactiva la línea de paso
final (K4) y el circuito queda en su estado inicial, listo para comenzar un nuevo ciclo.
A0 desenergiza a K4 dejando el circuito igual que al principio
Práctica Nº 7
Prensa electrohidráulica
Práctica Nº 8
Apilador de paquetes
1.4 SENSORES Y MEDIDORES INDUSTRIALES DE APLICACIÓN BÁSICA
En este capítulo se analizará la mayoría de instrumentos utilizados en la medición de
diversas variables de operación, identificando su rango de aplicación, ventajas y
desventajas, facilitando de esta manera la selección de cualquier elemento primario de
medición.
SENSORES DE PRESIÓN
La presión es la fuerza ejercida por un medio, sobre una unidad de área, generalmente
expresado en Pascal (Pa) [N/m2]. Usualmente estos instrumentos registran una diferencia
de presiones tomando como referencia a la atmosférica, y se le denomina "presión
manométrica".
Presión
Presión
Absoluta (P)
Manométrica
( P) = ( Pb ) + ( Pm )
( Pm )
Presiòn Atmosfèrica
AAAtmòsfericarencia
Presión
Vacuométrica
Atmosférica
(Pv)
Presión
Barométrica
Presión Absoluta
(P)
( Pb )
( P ) = (Pb) + ( Pv )
Relación de Presiones
Clasificación de los medidores de Presión
Según la Naturaleza de la medida:
-
De presión atmosférica
De presión relativa
De presión diferencial
De presión baja
De presión al vacío
(Barómetros)
Manómetros)
(Manómetro diferenciales)
(Micromanómetros)
(Vacuómetros)
Según el principio de funcionamiento:
Gravitacionales
Elásticos
Micromanómetros
Transductores
Instrumentos para medir Presión
-
(columna líquida)
(deformación de materiales)
(ópticos, columna líquida, etc)
(conversión a señal eléctrica)
Gravitacionales
Son manómetros con el dispositivo más simple para medir la presión, mediante una
expresión de equilibrio de fuerzas hidrostáticas, se tiene:
a) Manómetro tubo en "U"
Las presiones aplicadas a ambos extremos de la "U" y el fluido del manómetro
es desplazado hasta obtener la fuerza de equilibrio hidrostático. La ecuación
representa esta expresión es obtenida a partir de la fórmula anterior considerando
las densidades manométrica(m) y del fluido (1).
b) Manómetro Inclinado
Para obtener la ampliación del desplazamiento de la columna liquida, se puede inclinar
uno ó ambos brazos, o emplear combinaciones de líquido
La gama de presión es bastante amplia y va desde el vacío a 1000 MPA o más. Por su
pequeño tamaño y su robustez de construcción, son los más usados en la industria; a
continuación, se detallan los más importantes:
a) Manómetro de tubo "Bourdón"
Consta de un tubo de sección elíptica enrollado como un arco circular de cierto radio,
usualmente menor de 360º. Al aplicarse la presión al tubo, este tiende a desenrollarse y
el movimiento es transmitido a una aguja indicadora por algún sistema de cremallera
piñón.
Manómetros de Tubo Bourdón
b) Manómetro de Diafragma
En este caso el dispositivo elástico es una membrana metálica ondulada fijada dentro
de la caja del manómetro, y la deformación originada por la presión se transmite al
indicador por algún mecanismo de palanca o cremallera piñón.
Figura 2.4.- Manómetro de Diafragma (Cortesía de Omega)
c) Manómetro de Fuelle Metálico
Es un dispositivo parecido al funcionamiento de un acordeón, con un fuelle metálico
dispuesto fijamente en la caja y el movimiento es transmitido a un mecanismo de
cremallera.
Fuelle
Figura 2.5.- Manómetro de Fuelle-metálico
Transductores
El transductor es un dispositivo para transformar una variación física en una señal fácil
de eléctrica, en una relación conocida con la primera, a fin de procesar y transmitir a
distancia (para propósitos de registro ó control).
Por ejemplo, los Transductores de presión transforman las deformaciones físicas en
señal eléctrica, y son apropiadas a cualquier rango, para las lecturas se pueden
interconectar con indicadores simples, o registradores especiales.
Según su principio se pueden tener transductores de: Resistencia, Potenciómetros,
Capacidad, Piezo-eléctricos, De bandas, Inducción, etc
Transductores de Presión (Cortesía de SENSING)
a. Elementos Electromecánicos
Los elementos electromecánicos de presión utilizan una menbrana elástica combinada a
un transductor eléctrico generando la señal eléctrica correspondiente.
Los principales elementos electromecánicos de presión son:
-
Transductores Resistivos
Son los transductores eléctricos más sencillos, consisten en un elemento elástico
(tubo Bourdón o Diafragma) variando la resistencia óhmica de un potenciómetro en
función de la presión. El potenciómetro puede adoptar la forma de un solo hilo continuo
o bien estar enrollado a una bobina.
El intervalo de medida de estos transmisores depende del elemento de presión y
varían generalmente de 0-300 kg./cm2
Presión
Al circuito de
puente de
Wheatstone
Transductor Resistivo (Cortesía de Pressure Switch)
-
Transductores Magnéticos
-
Transductores de inductancia variable
Consiste en el desplazamiento de un núcleo móvil dentro de una bobina al aumentar
la inductancia en forma casi proporcional al núcleo contenido dentro de la bobina.
Los transductores de inductancia variable tienen las siguientes ventajas: no
producen rozamiento en la medición, tienen una respuesta lineal, son pequeños y de
construcción robusta y no precisan ajustes críticos en el montaje. Su precisión es del
orden de +/- 1%. El gráfico siguiente muestra el funcionamiento del transductor.
-
Transductores de Reluctancia Variable
Consisten en un imán permanente o un electroimán el cual crea un campo magnético
dentro del cual se mueve una armadura de material magnético.
El movimiento de la armadura es pequeño sin contacto alguno de las partes fijas, por
lo cual no existe rozamiento eliminándose la histéresis mecánica típico de otros
instrumentos. Los transductores de reluctancia variable presentan una alta sensibilidad
a las vibraciones, una estabilidad media en el tiempo y son sensibles a la temperatura.
Su precisión es del orden de ±5%.
Transductor de Reductancia Variable
-
Transductores Capacitivos
Se basan en la variación de capacidad producida en un condensador al
desplazarse una de las placas por la aplicación de presión como indica la figura 3.12.
La placa móvil tiene forma de diafragma y se encuentra dividida entre dos placas
fijas, de este modo se tiene dos condensadores, uno de capacidad fija o referencia
y otro de capacidad variable, pudiendo compararse en circuitos oscilantes o bien en
circuitos de puente de Wheatstone alimentados por corriente alterna.
Los transductores capacitivos se caracterizan por su pequeño tamaño y su
construcción robusta, tienen un pequeño desplazamiento volumétrico y son
adecuados para medidas estáticas y dinámicas. Su señal de salida es débil
necesitando de amplificadores con el riesgo de introducir errores en la medición.
Presión
Señal
de
salida
Oscilador
de alta
frecuencia
Transductor Capacitivo
-
Extensómetros
Se basan en la variación de longitud y de diámetro, y por lo tanto de resistencia,
teniendo lugar cuando un hilo de resistencia se encuentra sometido a una tensión
mecánica por la acción de una presión.
Existen dos tipos de extensómetros: los cementados figura 2.13(a) formado por
varios lazos de hilo muy fino pegados a una hoja base de cerámica, papel o plástico,
y los sin cementar, figura 2.13(b), donde los hilos de resistencia descansan entre un
armazón y otro móvil bajo una ligera tensión inicial.
Hilo de
conexión
Hilo activo
Base flexible
Hilos
activos
Armazón
Fuerza
Fuerza
Fuerza
(a) Cementada
(b) sin cementar
Extensómetros
-
Transductores Piezoeléctricos
Son materiales cristalinos deformándose físicamente por la acción de una
presión, generando una señal eléctrica, los materiales típicos en los transductores
piezoeléctricos son el cuarzo y el titanato
Presión
de
bario,
capaces
de
soportar
temperaturas del orden de 150ºC en
servicio continuo y de 230ºC en servicio
intermitente.
Amplificador
Son elementos ligeros, de pequeño
Figura 2.14.- Transductor
tamaño y de construcción robusta. Su
Piezoeléctrico
señal de respuesta a una variación de
presión es lineal y son adecuados para medidas dinámicas, al ser capaces de dar
respuestas frecuenciales de hasta un millón de ciclos por segundo. Tienen la
desventaja de ser sensibles a los cambios de temperatura y precisan ajustes de
impedancia en caso de fuerte choque. Asimismo su señal de salida es relativamente
débil necesitando de amplificadores y acondicionadores de señal pudiendo introducir
errores en la medición.
Transductor Piezoeléctrico Diferencial (Cortesia de Dresser Instruments )
SENSORES DE NIVEL
Tipos de Sensores de Nivel
Los servidores de nivel pueden variar según:
La característica de medición
-
Sensores de medida directa
Instrumentos basados en la Presión Hidrostática
Instrumentos basados en el desplazamiento
Instrumentos basados en la emisión de rayos Gamma
Sensores de ionización Química
Transductores Conductor - Electrolítico
Transductores Potencial – Electrolítico
El tipo de material sensado
-
Sensores de nivel para líquidos
Sensores de nivel para sólidos
El tipo de medición
-
Sensores de punto fijo
Sensores de nivel Continuo
Funcionamiento
Sensores de medida directa
a. El Medidor de Sonda
El medidor de sonda consiste en una varilla o regla graduada de longitud
conveniente para introducirla en el depósito. La determinación del nivel se efectúa por
lectura directa de la longitud mojada por el líquido. Otro sistema parecido es el medidor
de cinta graduada y plomada siendo usada cuando la regla graduada tenga un difícil
acceso al fondo del tanque.
b. Medidor de Nivel de Tubo de vidrio
El nivel de cristal consiste en un tubo de vidrio con sus extremos conectados a
bloques metálicos y cerrados con prensaestopas unidas al tanque por tres válvulas, 2
de cierre de seguridad en los extremos para impedir el escape de líquidos en caso de
rotura del cristal y una de purga.
Se emplea para presiones hasta 7 bares; a presiones mas elevadas el cristal es
grueso, de sección rectangular y esta protegido por una armadura metálica.
normal cristal
Figura 2.17b.- Nivel de Cristal (Cortesía de
Fortunecity)
Figura 2.17a.- Indicador de Nivel en
Bypass
c. Sensores de Flotador
Estos instrumentos tienen un flotador para experimentar la fuerza de la gravedad y
la fuerza opositora del liquido.
palanca
varilla
tubo de
torsión
Un sistema flotante simple usa un brazo rígido
indicando el nivel del líquido a través de ángulo el
cual puede ser medido por un transductor de
posición (potenciómetro)
Para objetos flotantes verticales presenta un
error debido a los cables suspensores y para
minimizarlo se utilizan flotadores de mayor área de
la sección transversal.
flotador
Figura 2.18.- Sensor tipo Flotador
Instrumentos basados en la Presión Hidrostática
a.
Medidor Manométrico
Indicador
Indicador
Indicador
Indicador
Flotador
Figura 2.20.- Sensor de Flotador Ferromagnético Cortesía de
Phoenix)
El manómetro mide la presión debida a la altura de líquido (h) existente entre el
nivel del tanque y el eje del instrumento.
h
h
aparente
P
P
(a)
(b)
Figura 2.21.- Medidor Manométrico (Cortesía de Fortunecity)
b. Medidor de Tipo Burbujeo
Emplea un tubo sumergido en el líquido haciendo burbujear aire mediante un
rotámetro con un regulador de caudal. La presión del aire en la tubería equivale a la
presión hidrostática ejercida por la columna de líquido, es decir el nivel. El manómetro
puede colocarse hasta distancias de 200m.
Tubo de cobre 1/4" OD
Medición de
nivel
Alimentación
Nivel
Máximo
Rotámetro con
regulador caudal
Al
receptor
DPI
Extremo
Nivel
Minimo
biselado
a) Tanque abierto
b) Tanque cerrado
Medidor de Tipo Burbujeo (Cortesía de Fortunecity)
Instrumentos basados en el Desplazamiento
Consisten en un flotador parcialmente sumergido en el líquido y conectado mediante
un brazo a un tubo de torsión unido rígidamente al tanque. El tubo de torsión se caracteriza
fundamentalmente porque el ángulo de rotación de su extremo libre es directamente
proporcional a la fuerza aplicada, es decir el momento ejercido por el flotador según el
Principio de Arquímedes, sufre un empuje(E) hacia arriba.
E= g. S. H
g: peso específico del líquido
S: sección del flotador
H: altura sumergida del flotador
fuerza hacia arriba
desde la masa de
liquido desplazada
trasductor de posición
A
angular
d
L
H
fuerza hacia abajo
paralela a la gravedad
(a)
(b)
Instrumentos basados en el Desplazamiento (Cortesía de Fortunecity)
Sensores basados en características eléctricas
a. Medidor de Nivel Conductivo o Resistivo
Consiste en uno o varios electrodos y un relé eléctrico o electrónico el cual varía
cuando el líquido moja dichos electrodos. La impedancia mínima es del orden de los 20
MW/cm y la tensión de alimentación es alterna para evitar la oxidación debido a la
electrólisis; cuando el líquido moja los electrodos se cierra el circuito electrónico y
circula una corriente segura del orden de los 2mA, el relé electrónico dispone de un
sistema de retardo impidiendo su enclavamiento ante una onda del nivel del líquido o
ante cualquier perturbación momentánea. El instrumento se emplea como una alarma
de control de nivel de alta o baja.
Medición de nivel
A
A
220v
50Hz
Relé
Electrodo
LIQUIDO
CONDUCTOR
220v
50Hz
Electrodo
inferior
Electrodo
superior
LIQUIDO
a - líquido conductor
b - líquido poco conductor
Figura 2.24c.- Medidor de Nivel Conductivo (Cortesía de Phoenix)
Medidor de Nivel Conductivo (Cortesía de
Fortunecity)
b. El Medidor Capacitivo
Mide la capacidad del condensador formado por el electrodo sumergido en el
líquido y las paredes del tanque. La capacidad del conjunto depende linealmente del
nivel, en fluidos no conductores, se emplea un electrodo normal y la capacidad total del
sistema se compone del fluido y de las conexiones superiores.
En Líquidos conductores el electrodo esta aislado usualmente con teflón
interviniendo las capacidades adicionales entre el material aislante y el electrodo.
El circuito electrónico siguiente alimenta el electrodo a una frecuencia elevada, lo
R
C1
C2
R = Resistencia
fija
C1 = Capacidad
fija
C2 = Capacidad
variable
c -puente de capacidades
cual disminuye la reactancia capacitiva del conjunto y permite aliviar en parte el
recubrimiento del electrodo por el producto.
Figura 2.25.- Medidores Capacitivos (Cortesía de Fortunecity y de Phoenix)
Instrumentos basados en sistemas de ultrasonido
Se basa en la emisión de un impulso ultrasónico a una superficie reflectante y el retorno
del eco a un receptor. El retardo en la captación del eco depende del nivel del tanque.
Los sensores trabajan a una frecuencia de unos 20 KHz. Estas ondas atraviesan con
cierto amortiguamiento o reflexión el medio ambiente de gases o vapores y se reflejan en
la superficie del líquido.
.
alarma
Disposiciones de los Detectores (Cortesía de Fortunecity)
En las aplicaciones de alarma los sensores vibran a una frecuencia de resonancia
determinada amortiguándose cuando el líquido los moja.
En el caso de indicación continua, la fuente ultrasónica genera impulsos detectados por
el receptor una vez transcurrido el tiempo correspondiente de ida y vuelta de la onda de la
superficie del liquido.
Sensores Ultrasónicos de Presión (Cortesía de Honeywell)
a. Detectores de Nivel de Punto Fijo
Los sensores de nivel de punto fijo más empleados son: el diafragma, el cono
suspendido, la varilla flexible, el medidor conductivo, las paletas rotativas y los ultrasonidos.
Los sensores de nivel por punto fijo tienen como aplicación típica mantener el nivel de
sólido entre dos puntos mínimo y máximo, en cada uno de los cuales hay un detector.
Cuando el material descienda más abajo del detector inferior, este pone en marcha
automáticamente la maquinaria de alimentación del producto, llenándose el tanque hasta
alcanzar el detector ubicado en el nivel alto, instante en el cual se detiene el llenado del
tanque. El ciclo se repite continuamente.
-
Detector de Diafragma
Consiste en accionar un interruptor
automáticamente cuando entra en contacto
con una membrana. El material del diafragma
puede ser tela, goma, neopreno o fibra de
vidrio.
Tanque
interruptor
Esta técnica tiene como ventajas su bajo
costo y también puede emplearse en tanques
cerrados, sometidos a baja presión. Su
Detector de Diafragma
desventaja es no permitir materiales
granulares de tamaños superiores a unos 80mm de diámetro. Tiene una precisión de
+/- 50 mm.
-
Cono Suspendido
El cono suspendido, acciona un interruptor cuando
el nivel del sólido lo alcanza, puede usarse como nivel
de alta o de baja. Es un dispositivo barato, pero se usa
sólo en tanques abiertos y se debe tener cuidado del
material al ser descargado sobre el tanque para no
dañarlo. Sus usos típicos son en carbón, grano y caliza.
cono
cabezal
de goma
interruptor
Cono
-
suspendido
Varilla Flexible
Consiste en una varilla de acero conectada a un diafragma de latón donde está
contenido el interruptor. El material, al entrar en contacto con la varilla lo acciona. Este
dispositivo sólo se usa como detector de nivel de alta y se emplea en tanques abiertos.
Para evitar falsas alarmas por vibración o caída del material, se suele incorporar un
retardo al dispositivo, es usado en materiales como el carbón y tiene una precisión de
+/- 25 mm.
Indicador
Varilla Flexible
-
Paletas Rotativas
Consiste en un motor síncrono en cuyo eje vertical, tiene acoplados paletas; cuando el
nivel de los sólidos llega hasta trabarse, entonces el soporte del motor trata de girar en
sentido contrario, accionando a dos interruptores, uno como indicador de nivel y otro
desconecta el motor, cuando el nivel baja, y las paletas quedan libres para girar, el
motor vuelve ha funcionar y a hacer girar las paletas hasta la subida del nivel de sólidos
nuevamente.
Relè
Paletas Rotativa (Cortesía de Honeywell)
El eje de las paletas puede ser flexible o rígido, para adaptarse así a las diversas
condiciones de trabajo dentro del silo, incluso puede hacerse este dispositivo para
soportar presiones (bajas) y a prueba de explosiones.
Tienen una precisión de +/- 25 mm y pueden trabajar con materiales de muy
diversas densidades.
b. Detectores de nivel continuo
Los medidores de nivel continuo más empleados son: el de peso móvil, el de báscula,
el capacitivo, el de presión diferencial, el de ultrasonidos y el de radiación.
-
Medidores de nivel de peso móvil
Programador
Consiste en sostener un peso móvil
con un cable desde la parte superior de
un silo, mediante poleas; el motor y el
programador situados al exterior
establecen un ciclo de trabajo del peso,
como se ve en la figura 3.3.4, cuando el
material alcanza al peso, se activa el
motor y lo sube, y luego lo baja hasta
chocar
este
con
el
material
nuevamente, repitiéndose el ciclo.
y detector
Indicador
Motor
Medidores de Peso Móvil
-
Medidores de nivel de báscula
Consiste en pesar toda la tolva, con material,
determinando el nivel del material indirectamente, a
través del peso.
El sistema es caro, en caso de grandes tolvas,
puede trabajar a altas presiones y temperaturas, su
precisión llega a +/- 1% de error.
Medidor de Báscula
-
Medidor de nivel de ultrasonidos
Esta técnica también puede usarse como medidor de nivel por puntos donde se
dispone un emisor y un receptor de ultrasonido, en forma horizontal como muestra la
figura, cuando el receptor deja de recibir el ultrasonido, se debe a la interferencia del
material entre el emisor y el receptor, activándose la alarma indicadora de nivel.
La manera de usar el ultrasonido para una medida de nivel continuo es disponer el
emisor y el receptor verticalmente, enviando una onda hacia el material el cual rebota
en él, llegando hasta el receptor; el tiempo de retardo depende de la altura del material.
El sensor es adecuado para sistemas con mucho polvo, humedad, humos o
vibraciones; si la superficie de nivel no es regular puede dar medidas erróneas. Tiene
una precisión de +/- 1 y es construido a prueba de explosiones.
Medidores de Ultrasonido (Cortesía de Honeywell)
SENSORES DE FLUJO
El flujo nos dice cuan rápido se esta moviendo un fluido. Puede ser expresado de tres
maneras: flujo volumétrico, flujo másico y velocidad de fluido. El flujo volumétrico (Q ) indica
el volumen de un fluido pasando por un punto en una unidad de tiempo m3/s . Flujo másico
(Qm ) esta dado en unidades de masa en una unidad de tiempo kg/s. La velocidad del
fluido (Qv) es expresada en m/s. Estas tres cantidades están relacionadas:
Q
Qm
Qv
=
=
=
flujo volumétrico
flujo másico
= Q *
velocidad de fluido = Q/A
Donde,  es la densidad de fluido y A es el área de la sección transversal.
La diversidad de propiedades de los distintos materiales hace necesario una selección
del tipo de transductor a utilizar. En general los transductores de flujo están divididos en
dos grupos el primero introduce una obstrucción y utiliza la energía de fluidos para poder
medirlo a través de la presión diferencial tales como: el orificio, el venturí, los tubos de pitot,
las turbinas, las paletas y los rotámetros; el segundo denominados no intrusivos incluyen
las técnicas electromagnéticas y de ultrasonido.
Placa Orificio
Es el más simple de los medidores por presión diferencial. Se coloca una placa con un
orificio en la línea de fluido, la caída de presión originada por el instrumento es medida con
un transductor de presión diferencial.
P2
P1
FLUJO
ALTA
PRESION
BAJA PRESION
Placa Orificio
La placa orificio tiene grandes ventajas. Es simple de diseñar, construir, instalar y mantener,
puede ser usado en la mayoría de fluidos sin partículas en suspensión.
Venturí
En lugar de una abrupta obstrucción en la línea de fluido, el diámetro del tubo es
suavemente disminuido. La relación entre el flujo y la presión diferencial es la misma de la
placa de orificio. Como no hay una caída repentina hay menor tendencia a la obstrucción
de la línea. Sin embargo la presión en el lado de salida es muy cercana a la presión del
lado de entrada, por lo tanto el error en la medición es mayor en el venturí en comparación
a la placa orificio. El venturí es más costoso y requiere mayor espacio en la línea.
P1
P2
FLUJO
BAJA PRESION
ALTA PRESION
Venturí
Vortex
Uno de los medidores de flujo mas usados en la industria y la investigación es el
VORTEX.
Principio de funcionamiento
Cuando el flujo de un fluido gaseoso esta cerca de los cantos del sensor los efectos
relativos a la viscosidad producen vórtices y perturbaciones; la frecuencia shedding (f) esta
dada por la siguiente formula:
Este instrumento tiene un sensor piezoeléctrico puesto dentro del VORTEX y fuera de
la turbulencia, cuando los vórtices están chocando producen un derrame hacia arriba, la
dirección de la perturbación altera la frecuencia del VORTEX (figura 2.41).
Sensor Magnético de Flujo
Principio de operación
El principio de operación del flujómetro está basado en la ley de Faraday, en la cual
el estado del voltaje inducido a través de todo conductor se mueve en ángulo recto
respecto a un campo magnético siendo proporcional a la velocidad de ese conductor.
DIAMETRO D
ELECTRODO
LINEAS
MAGNETICAS B
VOLTAJE E
REVESTIMIENTO
MAGNETICO
VELOCIDAD V
TUBERIA DEL FLUIDO
FLUIDO
PRODUCTO LIQUIDO
Sensor Magnético de Flujo (cortesía de Omega)
Sensores de Flujo Ultrasónicos (Efecto Doppler)
El principio básico de operación hace uso del desplazamiento en frecuencia (efecto
Doppler) de una señal ultrasónica reflejada por partículas suspendidas(25 ppm) o burbujas
de gas (<30micrones), esta técnica de medición utiliza el fenómeno físico de la onda de
sonido cambiando de frecuencia cuando es reflejada por discontinuidades móviles en un
fluido liquido.
Sensor de Flujo Ultrasónico
Flujómetros Térmicos
Los flujómetros térmicos ubican un elemento caliente en algún punto por donde circula
el fluido. Se produce una transferencia de calor del elemento al fluido en una cantidad
determinada por la diferencia de temperatura entre ambos, el calor específico del fluido, la
velocidad del fluido y el perfil del flujo.
Existen dos métodos en base a la transferencia de calor. El primero, de convección
térmica, mide el calor perdido del elemento caliente, y el segundo, de flujo constante de
calor, mide el cambio de temperatura en el fluido debido al calor absorbido.
Rotámetro
El rotámetro es un indicador de flujo industrial usado para la medición de líquidos y gases.
El tubo puede ser de vidrio y el flotador de acero inoxidable para favorecer la resistencia
a la corrosión. La escala del rotámetro puede ser calibrada para una lectura directa del flujo
del líquido o aire.
Sensor tipo Desplazamiento
Los transductores de desplazamiento de flujo poseen básicamente dos partes:


Conversor de flujo a movimiento mecánico rotatorio.
Conversor de movimiento mecánico rotatorio a señal eléctrica.
Tipos de Sensores de Desplazamiento de flujo
a. Tipo Paletas
Usado en líquidos de baja a mediana densidad y
Flujos de 2 a 460 gpm
Paletas Foto (cortesía de Omega)
b. Turbina con flujo axial
Utilizado en líquidos de baja densidad y
Flujos desde 0.1 a 200 lpm.
Tipo turbina con flujo Axial (Cortesía de Schillig)
c. Engranajes de desplazamiento positivo
Empleado en líquidos de alta densidad corrosivos y en
Flujos de 0 a 100 lpm.
d. Magnéticos
Se basan en la colocación de un imán en la parte del sistema mecánico de
donde se requiere obtener la señal eléctrica proporcional al flujo.
e. Bobina
La bobina se coloca para recibir un flujo magnético variable, y producir una señal
eléctrica continua o pulsante, cuyo periodo es proporcional al valor del flujo.
f. Semiconductor de efecto Hall
Un dispositivo de efecto Hall se coloca en la cercanía del imán el cual al girar con
el flujo provoca en la salida del dispositivo Hall un pulso eléctrico.
El periodo de los pulsos es proporcional al valor del flujo sensado, es ideal para
líquidos corrosivos debido a la inexistencia de contacto externo.
g. Ópticos
Se usan para líquidos transparentes existen paletas unidas al eje de la turbina
bloqueando un haz de luz, emitido y recibido por elementos ópticos infrarrojos.
Los períodos de los pulsos recogidos por el receptor infrarrojo corresponden al valor
del flujo.
Banda o Cinta Bimetálica
Este sensor se construye por medio de dos cintas unidas de metales diferentes, debido
a la diferencia en los coeficientes de expansión térmica de los dos metales, el
calentamiento de toda la cinta origina la mayor expansión longitudinal; de como las
cintas están soldadas a lo largo de toda su extensión, toda la cinta se doblará en la
dirección del metal expandiéndose menos. La extensión del doblamiento es
proporcional al cambio de temperatura. Si un extremo de la cinta está sujeto
firmemente, mientras el otro esta libre, la magnitud del doblamiento se puede emplear
para indicar el cambio de temperatura. Esto se puede lograr uniendo un transductor de
posición al extremo libre de la cinta y calibrar su desplazamiento de acuerdo con los
cambios de temperatura.
Termómetros Bimetálicos
Termocuplas
Las termocuplas, también llamados comúnmente Termopares, se utilizan
extensamente, ofreciendo un rango de temperaturas más amplio y una construcción
robusta. Además, no precisan alimentación de ningún tipo y su reducido precio los convierte
en una opción muy atractiva para grandes sistemas de adquisición de datos. Sin embargo,
para superar algunos de los inconvenientes inherentes a los termopares y obtener
resultados de calidad, es importante entender la naturaleza de estos dispositivos
Metal A
Juntura de Referencia
Flujo de corriente
Juntura de Medición
Metal B
Llama
Clasificación
La clasificación de las termocuplas ha sido establecida por la ANSI, tomando en
cuenta la respuesta de voltaje versus temperatura, el desempeño en el medio
ambiente y la vida útil.
Cuadro 2.1 Tipo de Termocuplas
Usos
Tipos de
Termocu
pla
Nombre de los Materiales
B
Platino 30% Rodio (+)
C
Platino 6%5%Renio
Rodio (-)(+)
Tungsteno
E
Tungsteno
26%
Renio
Cromel (Cr
-Ni)
(+) (-)
J
Constantan
Acero(Cu
(+)- Ni) (-)
K
Constantan
Cromel (+)(-)
N
Alumel (+)
(-)
Nicrosil
R
S
Aplicacion
es
mV
NOTAS
0.007 13.499
-
Contaminado
fácilmente
No resiste la oxidación
Requiere protección
El de mayor voltaje / ºC
Rango
(ºF)
100 3270
3000 4200
32 - 1800
0 – 75.12
-7.52 –
50.05
-5.51 –
51.05
-
Atmósfera reductora.
Hierro se oxida a altas
Atmósferas
Oxidantes
temperaturas
Platino Nisil
13% (-)
Rodio (+)
-300 –
1600
-300 –
2300
1200 2300
32 - 2900
Uso general. Mejor
resistencia a oxidación.
Atmósfera Oxidante
0 – 18.636
(-) (+)
PlatinoPlatino
10% Rodio
32 - 2800
0 – 15.979
Contaminado
Contaminado
fácilmente
fácilmente
Estable a temp.
Atmósfera
Oxidante
Cryogénicas
Platino
(-)
Cobre (+)
-300 –
-5.28 –
750
20.80
Constantan
Fuente: Instrumentación
para(-)
Ingenieros de Proceso
T
Atm. Oxidantes y
reductoras
100
80
70
E
J
30
H
ie
rro
om
elc
40
-c
on
on
st
an
sta
50
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n
nta
n
60
Cr
Salida del termopar (mv)
90
Cr
om
no
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Tu n
20
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Platino 6%
0
10
0
rodio
ng
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ste
6%
no 2 K
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reni
Platino-platino
13 % rodio
Platino-platino
10% rodio
0% rodio
3
o
n
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5 %r
10
el
1000
2000
3000
Temperatura (°C)
Figura 2.57.- Características de salida de termopares
Detectores de Temperatura Resistivos (RTD)
El cambio en la resistencia de un metal hace posible medir la temperatura a través del paso
de corriente eléctrica. La construcción clásica de un RTD consiste en una bobina de
alambre delgado de cobre, níquel o platino fijado a un bastidor de soporte. También se
fabrican depositando una película delgada de platino sobre un substrato de cerámica. Estos
RTDs, requieren menos platino y son más baratos. Los RTDs se caracterizan por tener una
excelente linealidad en el rango de operación.
La aplicación de este sensor, se realiza en cualquier actividad industrial y los rangos de
temperaturas; según el material utilizado son:
-
Platino : -200 a 650 ºC
Cobre
: -100 a 260 ºC
Níquel
: -100 a 205 ºC
Película de platino : -50 a 550 ºC
Termistores
Los Termistores son semiconductores electrónicos con un coeficiente de temperatura
de resistencia negativo de valor elevado y presentando una curva característica lineal
cuando la temperatura es constante.
Para obtener una buena estabilidad en los termistores es necesario envejecerlos
adecuadamente.
Los termistores se conectan a
puentes de Wheatstone convencionales
o a otros circuitos de medida de
resistencia. En intervalos amplios de
temperatura, los termistores tienen
características no lineales. Son de
pequeño tamaño y su tiempo de
respuesta depende de la capacidad
térmica y de la masa del termistor
variando de fracciones de segundo a
minutos.
(Cortesía de gmelectronica)
Montaje de Termistores Comerciales
(Cortesía de gmelectronica)
Como inconveniente del termistor es su falta de linealidad. Exigiendo un algoritmo de
linealización para obtener mayores resultados.
Transductores de Temperatura Basados en Semiconductores
Existen muchos dispositivos basados en la sensibilidad térmica de los
semiconductores para funcionar como transductores. Los tres tipos más comunes son:
las resistencias semiconductoras volumétricas, los diodos y los circuitos integrados.
Resistencias semiconductoras volumétricas
Son los dispositivos semiconductores más sencillos. Varían su resistencia con un
coeficiente positivo de temperatura de 0,7% por ºC. Trabajan en un rango de temperaturas
desde los -65ºC hasta los 200ºC siendo razonablemente lineales (±0.5%). Tienen el
aspecto de resistencias de ¼ W y su resistencia nominal va desde 10 hasta 10k con
tolerancias de 1% a 20%. Son dispositivos de bajo costo.
Su principal desventaja, se debe a los efectos del propio calentamiento.
Diodos semiconductores
Su principio de funcionamiento se basa en la proporcionalidad del voltaje de juntura el
diodo a la temperatura del mismo, para los diodos de Sílice el factor de
proporcionalidad es de -2.2mV/ºC. Los rangos de temperaturas de este sensor son de
-40ºC hasta 15ºC. Son muy utilizados por su bajo costo, lineales, bastante lineales y
de respuesta rápida.
Desventaja: dos diodos del mismo tipo pueden tener diferentes valores iniciales de
voltaje de juntura, por lo tanto se deben incluir circuitos de calibración.
Circuitos Integrados
Este tipo de transductor es altamente lineal y el porcentaje de error es menor al 0.05%
en cierto rango de temperatura.
Como trabaja con corrientes el ruido no lo afecta, y como estas son pequeñas el
calentamiento propio es despreciable. Además, puede ser utilizado como un sensor
remoto de temperatura pues las caídas en la línea serán muy pequeñas.
Pirómetros de Radiación
Los pirómetros de radiación se basan en la ley de Stefan-Boltzman (K), donde la
intensidad de energía radiante(w) emitida por la superficie de un cuerpo aumenta
proporcionalmente a la cuarta potencia de la temperatura absoluta(T) del mismo, es decir,
W=KT4. Desde el punto de vista de medición de temperaturas industriales, las longitudes
de onda térmicas abarcan desde 0,1 micras para las radiaciones ultravioletas, hasta 12
micras para las radiaciones infrarrojas.
Pirómetros Ópticos
Los pirómetros ópticos manuales se basan en la desaparición del filamento de una
lámpara al compararlo visualmente con la imagen del objeto enfocado. Pueden ser de
dos tipos de corriente variable ó constante en la lámpara, con variación del brillo de la
imagen de la fuente; ver figura 3.62.
Filtro
Persiana
Lampara de
comparacion
Persiana
Lente
Temperatura
demasiado
baja
Temperatura
correcta
Ventanilla
de
enfoque
Temperatura
demasiado
alta
Lente
Ventanilla
de
enfoque
Lampara de
enfoque
Pirómetros Ópticos a).Corriente Variable b). Variación de brillo de la fuente
(Cortesía de industria)
Superficie del objeto
que se esta
examinando
Filamento del
pirometro
Principio del Pirómetro Óptico de desaparición de filamento
Pirómetros de Radiación Total
El pirómetro de radiación total, figura 2.64 está formado por una lente de pyrex, sílice o
fluoruro de calcio concentrando la radiación del objeto caliente en una termopila
formada por varios termopares de Pt-Pt/Rh, de pequeñas dimensiones y montados en
serie. La radiación está enfocada incidiendo directamente en las uniones calientes de
Objeto
Lente
Termopila
TR
los termopares. Su reducida masa los hace muy sensible a pequeñas vibraciones de la
energía radiante, y, además muy resistentes a vibraciones o choques. La parte de los
termopares expuesta a la radiación está ennegrecida, para aumentar sus propiedades
de absorción y proporcionar la fuerza electromotriz máxima (f.e.m.).
SENSORES DE PRESENCIA
Son elementos destinados a determinar o indicar la presencia de un objeto. Las
aplicaciones pueden ir desde el simple registro hasta el conteo de los mismos.
Características
Se presentan a continuación algunas de las características principales de estos sensores:

Gran variedad de formas, tamaños y diseños; haciéndolos adaptables a cualquier
proceso requerido.
 Son soluciones a bajo costo debido a su versatilidad.
 Gran velocidad de conmutación, de larga vida, precisos y confiables; ideales para el
conteo de objetos o partes.
 Permiten manejar diferentes tipos de salidas.
 Diversos tipos de encapsulado, resistiendo a severas condiciones de trabajo y
ambientes.
 Algunos de los sensores poseen métodos de protección y verificación del evento a
examinar.
Clasificación
Los sensores de presencia tienen muchos tipos de clasificaciones, una de estas es por
su funcionamiento. Según esto, se tienen los siguientes:
A) Sensores Inductivos
Ejecutan una conmutación electrónica cuando un objeto
metálico atraviesa un campo electromagnético de alta
frecuencia, originado por un oscilador electrónico dirigido
hacia fuera del sensor, formado una región con una
sensibilidad determinada denominada distancia de
conmutación. Cuando el cuerpo está dentro de esta
región, genera una distorsión provocando un cambio en el
estado lógico del sensor.
Sensores Capacitivos
Funcionan análogamente a los sensores inductivos, pues alteran las condiciones
físicas de la región sensible. En este caso, cualquier material puede ser usado; vidrio,
madera, granos, líquidos; pues su presencia varía el campo magnético alterando a su vez
la capacitancia, pues varía la distancia entre sus placas, actuando como la región
sensible.
Sensor Capacitivo (cortesía de Tigsa)
C) Sensores Ópticos
Son fabricados según la tecnología del emisor y receptor de irradiación infrarroja
modulada, dividiéndose en tres tipos:
Sistemas de Barrera:
El elemento transmisor de irradiaciones
infrarrojas es colocado frente al receptor a
determinada distancia, especificada por el
sensor. Cualquier interrupción del haz producirá
un cambio de estado del receptor.
Haz
de
Infrarrojo
(cortesía Ademco)
-
continuo
Sistemas de Reflexión:
Detección por rebote del haz Infrarrojo (cortesía de
Ademco)
El elemento transmisor infrarrojo y el receptor
son colocados uno junto al otro. Cuando el
objeto interrumpe el haz emitido, provoca una reflexión hacia el receptor, produciendo
un cambio de estado.
Sistemas de Difusión:
Este sistema es similar al sistema anterior, el haz es reflejado siempre hacia el
receptor usando un espejo prismático especial. El paso de un objeto interrumpirá el
haz infrarrojo indicando la presencia de un objeto.
Sensores
Fotoeléctricos
D) Sensores Magnéticos (cortesía
o “Pick de
Up”
Pillar)
Son sensores generadores de tensión, basados en el principio de generación de
energía eléctrica; constituido por una bobina con un núcleo de imán permanente. Cuando
un metal ferroso en movimiento pasa por la región sensible, se perturba el campo
magnético haciendo aparecer una tensión en los terminales de la bobina. Si sometemos
al sensor a eventos alternos y consecutivos, tendremos a la salida de la bobina, una
tensión alterna con una frecuencia en función de la velocidad de ocurrencia de los
eventos. Estos sensores son elementos pasivos, muy usados como sensores
tacométricos, contando rotaciones a partir de ruedas dentadas o engranajes.
E) Dispositivos de Salida
Generalmente usados para conmutar cargas reales utilizadas en la industria, los
dispositivos de salida de estos sensores pueden ser:
-
Relés electromecánicos.
Controladores.
Dispositivos de estado sólido: Triac, FET, Transistores, etc.
02
PROCEDIMIENTOS DE DETECCION Y REPARACIÓN
DE FALLAS EN CIRCUITOS ELECTROHIDRÁULICOS
2.1 DETECCIÓN DE FALLAS EN SISTEMA HIDRÁULICO CON PLC
Aún los PLC más eficientes usados en la manufactura moderna están sujetos a descomponerse.
Determinar el malfuncionamiento de un sistema puede ser un proceso que requiere de mucho tiempo.
Para esto, un hábil detector y reparador de fallas es requerido. Debido a que la pérdida de tiempo es
muy costosa para la mayoría de las compañías, los técnicos altamente calificados tienen gran
demanda.
La mejor manera de iniciar la detección y reparación de fallas de un sistema hidráulico controlado por
PLC es observar el problema y los síntomas para determinar si el problema se localiza en la sección
hidráulica o en la sección del control del PLC (incluyendo los dispositivos de entrada/salida del PLC)
del sistema.
Los síntomas observados frecuentemente pueden indicar un solo componente o una parte especifica
del sistema de circuitos eléctricos, y así ya no es necesario seguir buscando la falla. Por ejemplo, si la
presión completa del sistema no puede ser alcanzada y la razón de flujo disminuye conforme el ajuste
de la válvula de alivio
es incrementado, probablemente la bomba está averiada. Si, por otro lado, la presión completa del
sistema no puede ser alcanzada, pero la razón de flujo y la presión del sistema permanecen constantes
conforme el ajuste de la válvula de alivio es incrementado, probablemente la válvula de alivio está
averiada.
Una vez que el problema ha sido relacionado a una división o a una sección específica del sistema,
cada componente en esa área puede ser verificado uno a la vez. Una vez que un componente
defectuoso ha sido detectado, debe ser cauteloso antes de llegar a cualquier conclusión. En ciertos
casos inusuales, el problema puede ser causado por más de un componente defectuoso. Por lo tanto,
debe asegurarse que el malfuncionamiento descubierto explique verosimilmente el problema
observado. Si no, hay otro probable componente defectuoso el cual debería completar la explicación
del problema.
DETECCIÓN Y REPARACIÓN DE FALLAS DEL PLC Y PROCEDIMIENTO DE INICIO
El procedimiento de inicio del PLC implica siete pasos, a ser realizados secuencialmente,
como sigue:
a. Inspeccione la instalación antes de que la alimentación sea conectada;
b. Desconecte todos los cilindros, motores, y otros actuadores que puedan causar
el movimiento de la máquina;
c. Evalúe todas las entradas del PLC;
d. Evalúe todas las salidas del PLC;
e. Introduzca y verifique el programa en escalera del PLC (usando el modo
evaluar);
f. Evalúe el sistema con cilindros, motores, y otros actuadores;
g. Realice un ensayo.
PROCEDIMIENTO PARA EVALUAR EL PROGRAMA EN ESCALERA DEL PLC
Para evaluar el programa en escalera del PI-C, use las teclas del cursor y el cursor para verificar los
errores de dirección. Los errores más comunes incluyen instrucciones de dirección incorrectas, omisión
de una instrucción o escalón, y una entrada errónea o la misma instrucción de salida y dirección dos
veces en el programa.
Después de que el programa del usuario ha sido introducido y verificado, use el modo evaluar - modo de
escaneo simple. Mientras esté en este modo, la unidad del procesador completará un escaneo del
programa del usuario cada vez que el escaneo simple sea seleccionado.
Simule las condiciones de entrada necesarias para convertir el escalón O de la escalera en verdadero,
monitoree las instrucciones de entrada y salida para verificar la operación correcta del programa del
usuario.
Repita este procedimiento para cada escalón del programa para verificar que el programa del usuario
este funcionando correctamente.
Las Figuras B-1, B-2, y B-3 son gráficas de flujo para la detección y reparación de fallas que pueden ser
usadas para el inicio o mantenimiento del PLC.
Procedimientos de detección y reparación de fallas
2.2 DETECCION Y REPARACION DE FALLAS EN LOS CIRCUITOS DE
CONTROL ELECTRICO
PRINCIPIOS
Detectar y reparar las fallas en la sección de control eléctrico de un sistema hidráulico controlado
eléctricamente requiere un conocimiento acertado del sistema y la forma en que opera normalmente,
así como un procedimiento esquemático de detección y reparación de fallas que limite el número de
señales a ser evaluadas.
Antes de detectar y reparar las fallas de cualquier sistema, la mejor forma de iniciar es observar los
síntomas para relacionar el problema a algún (os) escalón (es) específico (s) de la escalera. La
elección de qué señal analizar nunca debe hacerse al azar, ya que los circuitos de control industrial
pueden estar compuestos de un gran número de escalones.
Una vez que información suficiente relacionada con el problema ha sido recopilada, la detección y
reparación de fallas es llevada a cabo dentro del (os) escalón (es) de la escalera que se sospecha
está (n) defectuoso (s). Los dos métodos más frecuentemente utilizados en la detección y reparación
de fallas de los circuitos de control eléctrico son el método del voltímetro y el método del óhmetro.
Método del voltímetro en la detección y reparación de fallas
El método del voltímetro consiste en rastrear el voltaje a través del escalón de la escalera que se
sospecha está defectuoso utilizando un voltímetro o multímetro colocado en modo voltímetro.
Básicamente, este método requiere que el voltaje abastecido a cada componente en el escalón sea
verificado para detectar una anormalidad o un nivel de voltaje de cero. La Figura 5-1 ilustra este
método para un problema detectado en el componente C. Las líneas punteadas muestran donde los
voltajes son verificados y los números encerrados en un círculo indican los pasos en orden secuencial.
El voltaje de alimentación es primero verificado. Con la fuente de alimentación activada, la punta de
prueba + (roja) del voltímetro es conectada al lado + del primer dispositivo de entrada (componente A
en la Figura 5-1), mientras que la punta de prueba - (negra) es conectada al lado - del dispositivo de
salida (componente E en la Figura 5-1). El voltímetro debe indicar el voltaje de alimentación. Si no, los
cables de conexión conectando las terminales + y - de la fuente de alimentación a los componentes A
y E pueden estar dañados o abiertos.
Si el voltaje de alimentación es correcto la punta de prueba + es movida al lado + del componente B,
mientras que la punta de prueba - permanece conectada en el lado del componente E. el voltímetro
debe indicar el voltaje de alimentación. Si no, el componente A o el cable conectando los componentes
A y B ::Jueden estar dañados o abiertos. Si el voltaje en el lado + del componente B está correcto la
punta de prueba + del voltímetro es movida al lado + del componente C, y el voltaje es nuevamente
verificado. Este paso es repetido has:a que el componente defectuoso o cable de conexión es
localizado.
Es importante entender que el rastreo de voltaje a través de un escalón requiere que todos los
dispositivos de entrada en el escalón estén en la condición cerrada para permitir que la corriente fluya
a través del escalón. Los circuitos industriales son frecuentemente equipados con botones pulsadores
de lengüeta que permiten al operador mover manualmente los cilindros y colocar interruptores de fin
de carrera específicos en la condición cerrada durante la detección y reparación de fallas.
Detección y reparación de fallas en los circuitos de control eléctrico
Método del óhmetro de detección y reparación de fallas
El método del óhmetro, también llamado método de evaluación de continuidad, consiste en evaluar la
integridad de la trayectoria en un escalón de la escalera con el propósito de detectar componentes
dañados o abiertos. Requiere que la resistencia de cada componente y cable en el escalón sea medido
con un óhmetro o multímetro colocado en modo óhmetro para detectar una condición abierta, o de
resistencia infinita.
La Figura 5-2 ilustra un óhmetro evaluando el primer dispositivo de entrada en un escalón (componente
A). Con la fuente de alimentación desactivada, el óhmetro + y las puntas de prueba - son
respectivamente conectadas a las terminales de entrada y salida del componente a evaluar. Si el
componente está en buenas condiciones, el óhmetro indicará valor bajo o resistencia cero (O Ω). Por
otro lado, si el componente está dañado o abierto, el óhmetro indicará resistencia muy alta o infinita.
Una resistencia infinita es indicada por un "1" o una señal "00" en el visualizador del óhmetro.
Este método es aplicado sucesivamente para evaluar cada componente de la escalera y cable en el
escalón hasta que el componente defectuoso (abierto) o cable sea localizado. Cuando el escalón de
la escalera a evaluar tiene dos o más derivaciones en paralelo, el método del óhmetro requiere que
cada derivación sea evaluada por separado desconectando las derivaciones entre sí. Esto es porque
si una de las derivaciones en paralelo está abierta debido a un cable o componente dañado, la otra
derivación seguirá permitiendo ::¡ue la corriente del óhmetro fluya, resultando en una lectura de
resistencia cero e1 el óhmetro.
Como ejemplo, la Figura 5-3 ilustra la prueba del óhmetro de un escalón de la escalera que consta de
una derivación principal y dos derivaciones secundarias en paralelo con la derivación principal. El
primer paso es evaluar la continuidad de la derivación principal desconectando las derivaciones
secundarias en el lado + de los componentes E y G, como lo muestra la Figura 5-3(a). El segundo
paso es evaluar la continuidad de las derivaciones secundarias desconectando la derivación principal
en el lado + de los componentes A y D, como lo muestra la Figura 5-3(b).
El método del óhmetro es una herramienta de diagnóstico valiosa cuando es peligroso o imposible de
energizar el circuito funcionando mal a evaluar. Este método es probablemente menos fácil de utilizar
que el método del voltímetro ya que requiere que la fuente de alimentación sea desactivada y las
derivaciones paralelas sean desconectadas. Por otro lado, el óhmetro frecuentemente es requerido
para verificar la continuidad de los componentes que forman parte de una sección defectuosa de un
sistema de circuitos localizados con el método del voltímetro.
2.3 DIAGNÓSTICO Y MANTENIMIENTO DE PLC SIEMENS
Introducción:
Haremos un diagnóstico de errores, crearemos una copia de seguridad (Backup) y configuraremos el
hardware y la comunicación del PLC Siemens S7300, con el Backup creado se guardará la
programación hecha hasta un momento determinado en caso se presente algún problema no previsto,
se realizara la copia de seguridad y la comunicación a través del puerto MPI pero utilizando el
adaptador del PLC.
Objetivos:


Funciones de Diagnostico en STEP 7.
Copia de seguridad.
Comunicación con el PLC mediante el PC Adapter
Fundamento teórico:
Diagnóstico de errores:
Este procedimiento nos permite realizar el mantenimiento que necesite identificar y
solucionar problemas con el procesador de Siemens S7-300 y, utilizando el software de
programación STEP 7 de Siemens.
Backup:
Se le llama Backup a la copia de seguridad que se le hace al PLC, este procedimiento se
hace antes de programar el PLC para un proceso y es algo vital para nuestra tranquilidad ya
que tenemos un respaldo al que recurrir ante cualquier improvisto que suceda. En este
laboratorio desarrollaremos el Backup utilizando el software Step-7.
Comunicación MPI:
Es un protocolo propio de Siemens que está incluido en cada autómata programado de
Simatic 7, se puede utilizar para interconexiones en red sencillas, permitiendo otros
autómatas programables.
Diagnóstico Hardware
Con la ayuda del Diagnóstico Hardware en el Administrador SIMATIC, se puede obtener
rápidamente una visión global de la estructura y estado del sistema de automatización.
1.
Esta llamada tiene lugar tras haber cargado los bloques del proyecto en la CPU.
Después seleccionamos la carpeta de Bloques en el Administrador SIMATIC. (
Bloques)
2.
La aplicación puede ser llamada a través del menú Sistema de Destino ,
Diagnosticar Hardware ( Sistema de Destino  Diagnosticar Hardware).
3. Tras ejecutar la diagnosis hardware, aparece una Vista Rápida. La vista rápida muestra la
CPU y los módulos de periferia distribuida. La imagen siguiente muestra la información del
módulo de CPU (RUN) y el error en el módulo SM de entradas digitales.
A través del botón Información del Módulo, se obtiene la información del módulo
resaltado en azul. En el ejemplo de abajo, la información del módulo hará referencia al
módulo de entradas digitales. ( Información del Módulo).
4.
La solapa General muestra el modo de operación y el estátus del módulo digital. El número
de Orden, rack, número de slot, así como la dirección del módulo son mostrados en la zona central
de la ventana.En el área Estado, el módulo anuncia el error generado. En este caso no existe
Ninguna Petición de forzado permanente de la CPU. Se puede encontrar ayuda de un error en
particular a través del botón Ayuda. El modo de operación se cerrará después con el botón Cerrar
( Cerrar).
Nota: Reparar este error intercambiando el módulo en la configuración hardware y volver a cargar la
nueva configuración en la CPU.
1. Igualmente se puede abrir el modo de operación de la CPU con el botón Modo de Operación
( Modo de Operación).
6.El estado operativo del modo de operación se divide en 8 solapas diferentes. En este sitio, solo la
solapa Buffer de Diagnóstico debería ser mirada. La solapa muestra el número de evento que se
está ejecutando con la fecha y hora en el campo Eventos. En la columna Evento, uno puede
encontrar una breve descripción del evento. El cambio de estado de la CPU es mostrado, así como el
error que ha ocurrido. El tercer evento es el mostrado abajo como Stop por orden de la PG o...... La
definición exacta del error se encuentra en el área inferior de la pantalla junto con un ID de Evento y
una descripción del tipo de error.
A través del buffer de diagnóstico en la CPU, es posible detectar y eliminar el origen del error
(Buffer de Diagnosis).
MENSAJES DE DIAGNÓSTICO
Con la ayuda de los mensajes de diagnóstico, existe una manera directa de distribuir mensajes de
error debidos a errores esporádicos en el equipo. Los mensajes se muestran en una programadora o
en un dispositivo de Visualización y Modificación, como pueda ser un Panel de Operador o un Panel
Táctil. Tan pronto como la CPU genera un error, ésta pasa a STOP y aparece una ventana de
mensaje en la PG o en la OP.
Para poder acceder a la pantalla de mensajes de diagnosis, se ha de proceder de la siguiente
manera:
1.
Cambiar al Administrador SIMATIC y elegir la carpeta Programa S7(1). (
Programa S7(1) )
2.
Acceder al menú Mensajes CPU a través de Sistema de Destino ( Sistema de
Destino  Mensajes CPU..
3. Se mostrarán entonces todas las CPUS y Programas S7. Activar las casillas W y A. ( W A )
Significado de la abreviatura W:

Haga clic en este campo para activar los mensajes de diagnóstico de sistema y/o los
mensajes de diagnóstico personalizados. Otro clic desactivará los mensajes.
Significado de la abreviatura A:

Haga clic en este campo para activar mensajes de acuse obligatorio y de acuse no
obligatorio (ALARM_S/SQ). Otro clic la desactivará. La aplicación "Visualizar mensajes
de CPU" comprueba si el módulo en cuestión soporta la ALARM_S y/o la ALARM_SQ.
Si no es así, aparecerá un mensaje indicándolo.
Nota:
Tras cada reset de memoria, la pantalla deberá ser activada de nuevo!
4.
Elija Preferencias para el archivador ( Herramientas  Preferencias).
5.
Elija el ‘Tamaño’ del ‘Archivador’ o seleccione ‘Vaciar Archivador’ ( Tamaño 
Vaciar Archivador  OK).
6.
Se mostrarán todos los mensajes recibidos.