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Configuración de Controladores Lógicos Programables. Introducción a la Automatización 2013-1

Preparo: Ing. Rafael Escorcia G. Página 1

INTRODUCCIÓN A LA AUTOMATIZACIÓN

1. AUTOMATISMOS

Los automatismos son realizados para aportar soluciones a los problemas de naturaleza

técnica, económica o humana.

1.1 Objetivos de un automatismo

- Eliminar las tareas humanas peligrosas, indeseables o repetitivas, al lograr que las

ejecuten las máquinas.

- Mejorar la productividad al adaptar la máquina a los criterios de producción, de

rendimiento o de calidad.

- Pilotar una producción variable, al facilitar el cambio de una producción a otra.

- Reforzar la seguridad, al vigilar y controlar las instalaciones y máquinas.

Fig. 1 Estructura de un automatismo



1.2 Estructura de un automatismo.

En todo sistema automatizado se distinguen dos partes, la máquina o instalación, y la

parte de mando constituida por el aparellaje del automatismo. Esta parte es asegurada

por los componentes de automatismos, respondiendo a cuatro funciones básicas: La

adquisición de datos, el tratamiento de datos, el mando de potencia y el diálogo hombre

máquina.

1.3 Adquisición de datos

Es la realizada por los captadores o detectores que informan a la unidad de tratamiento

del estado del sistema (variables de entrada).

La elección de los aparatos es función de las condiciones de utilización:

- Interruptores de posición accionados mecánicamente;

- Interruptores de nivel accionados por flotadores;

- Selector de posición para seguir el desplazamiento de un móvil;

- Manóstato para detectar la presencia o regular una presión;

- Detectores de proximidad inductivos o capacitivos estáticos cuando la detección

debe ser efectuada sin contacto con el móvil a controlar, o cuando la cadencia es

muy elevada, o en ambientes particulares;

- Células fotoeléctricas para detectar a distancias importantes;

- Detectores de velocidad para controlar las velocidades de desplazamiento o de

rotación, etc.

La evolución de los automatismos ha llevado a la creación de nuevos periféricos como los

conmutadores rotativos o de ruedas codificadoras que permiten visualizar las distancias,

los pesos, o cualquier otra información numérica.

1.3.1 Sensores

Los sensores son los elementos que utiliza el sistema para conocer el estado de ciertos

parámetros (la temperatura ambiente, la existencia de un escape de agua, etc.)



1.3.1.1 Tipos

Sensores de proximidad inductivos. Se utilizan principalmente en aplicaciones

industriales. Detectan cualquier objeto metálico sin necesidad de contacto: control

de presencia o de ausencia, detección de paso, de atasco, de posicionamiento, de

codificación y de contaje. Los sensores de proximidad inductivos aportan

numerosas ventajas:

- Compatibilidad con los automatismos electrónicos gracias a la posibilidad de

cadencias elevada.

- Durabilidad independiente del numero de ciclos de maniobra (ninguna pieza móvil

y, por tanto, sin desgaste mecánico, contactos de salida estáticos)

- Adaptación a ambientes húmedos, corrosivos y con atascos

- Detección de objetos frágiles, recién pintados, etc.

Fig. 2 Detectores de proximidad inductivos

Sensores capacitivos. Los detectores capacitivos son adecuados para detectar

objetos o productos no metálicos de cualquier tipo (papel, vidrio, plástico, líquido,

etc.) Un detector de posición capacitivo se compone de un oscilador cuyos

condensadores forman la cara sensible. Cuando se sitúa en este campo un

material conductor o aislante de permitividad (1) superior a 1, se modifica la

capacidad de conexión y se bloquean las oscilaciones. Estos detectores disponen

de un potenciómetro de regulación de sensibilidad.

Detectores fotoeléctricos. Los detectores fotoeléctricos permiten detectar todo

tipo de objetos (opacos, transparentes, reflectantes, etc.) en gran variedad de

aplicaciones industriales y terciarias. Disponen de Cinco sistemas básicos:



- Barrera

- Réflex

- Réflex polarizado

- Proximidad

- Proximidad con borrado del plano posterior

Pueden ser:

- aparatos compactos,

- en miniatura

- de cabeza óptica separada

- de fibra óptica

Modelos con caja de resina sintética, ofrecen una solución óptima para el tipo de objeto

que se detecta, el espacio disponible y las condiciones ambientales.

Fig. 3 Detectores fotoeléctricos

Fig. 4 Detectores fotoeléctricos



Fig. 5 Composición de un detector fotoeléctrico

Fig. 6 Detectores fotoeléctricos en miniatura

1.4 Tratamiento de datos.

El conjunto de informaciones tomadas por los captadores es transmitido a la unidad de

tratamiento que elabora las órdenes de acción, según un procedimiento bien definido. En

función de la naturaleza del automatismo, el ciclo de funcionamiento puede ser

combinatorio o secuencial.

- Ciclo combinatorio. El ciclo de funcionamiento se realiza únicamente por la

combinación de los valores primarios. El mando de las salidas está directamente ligado a

las informaciones existentes en un instante dado. Las acciones anteriores no son

memorizadas.

- Ciclo secuencial. Es definido teniendo en cuenta las variables primarias y secundarias.

El mando de las salidas no solo depende de las informaciones presentes, sino también de

las acciones pasadas. Este ciclo necesita obligatoriamente memorias.



Según la importancia y complejidad del automatismo, el tratamiento de datos se efectúa

mediante relés de automatismos, contactores auxiliares, células lógicas y secuenciadores

(normalmente neumáticos), microsistemas o con ayuda de un autómata programable

(PLC).

1.4.1 Lógica cableada

La lógica cableada es una técnica de realización de equipos de automatismo en la que el

tratamiento de datos se efectúa por medio de contactores auxiliares o relés de

automatismo. Estos aparatos también cumplen otras funciones, entre las que cabe

mencionar:

– la selección de los circuitos,

–la desmultiplicación de los contactos auxiliares de los contactores, interruptores de

posición...,

– de interface para amplificar señales de control demasiado débiles para suministrar

energía a los aparatos de elevado consumo,

– etc.

Los contactores auxiliares y los relés de automatismo también suelen utilizarse de manera

conjunta con autómatas programables. En este caso, los contactos auxiliares deben

garantizar la fiabilidad de la conmutación de corrientes débiles, pocas decenas de mA, en

ambientes frecuentemente agresivos (polvo, humedad...). El funcionamiento de los

equipos de lógica cableada se define mediante el esquema de cableado.

1.4.2 Lógica programable

La lógica programable permite utilizar unidades electrónicas para el tratamiento de datos.

El funcionamiento de este tipo de equipos no está definido por un esquema, como en el

caso de la lógica cableada, sino por un programa cargado en la memoria de la unidad de

tratamiento.



Fig. 7 Contactores auxiliares y dispositivos aditivos

Los autómatas programables son los componentes básicos de los equipos electrónicos de

automatismo.

Hicieron su aparición en los Estados Unidos en 1969 como respuesta a la demanda de los

fabricantes de automóviles. Deseaban automatizar sus fábricas con un material capaz de

adaptarse a los cambios de fabricación, más sencillo y económico que los sistemas

cableados que se empleaban masivamente hasta entonces.

En la actualidad, existen numerosos modelos de autómatas programables: desde los

nanos autómatas, que se adaptan a las máquinas e instalaciones simples con un número

reducido de puertos de entrada/salida, hasta los autómatas multifunción, capaces de

gestionar varios millares de puertos de entrada/salida y dedicados al pilotaje de procesos

complejos.



Fig. 8 Autómata programable (PLC)

1.5 Mando de potencia.

Las señales disponibles a la salida de la unidad de tratamiento (variables de salida) son

aplicadas a los circuitos de mando de órganos amplificadores (bobinas de relés, de

contactores, distribuidores, etc.) cuyos circuitos de potencia alimentan los activadores

(motores, cilindros etc.). Estos amplificadores son elegidos en función de la tecnología

requerida, de la potencia de los activadores y de las condiciones de funcionamiento. Los

contactores, arrancadores, variadores de velocidad, distribuidores neumáticos, son los

más utilizados.

El control de potencia es una de las cuatro funciones que conforman la estructura de un

automatismo. Su función básica consiste en establecer o interrumpir la alimentación de

los receptores siguiendo las órdenes de la unidad de proceso de datos. Dichas órdenes

se elaboran a partir de la información procedente de los captadores (función de

adquisición de datos) y de los órganos de mando (función de diálogo hombre-máquina).

Entre los receptores más utilizados para el accionamiento de máquinas se encuentran los

motores eléctricos asíncronos de jaula. Los equipos de control de potencia destinados a

controlarlos, normalmente llamados arrancadores, realizan las funciones de

seccionamiento, protección y conmutación. Se pueden clasificar en tres familias:

Arrancadores “todo o nada”: el motor suele arrancar con sus características

propias y el régimen de velocidad establecido es constante



Arrancadores basados en arrancadores electrónicos: la aceleración y la

deceleración están controladas y el régimen de velocidad establecido es constante

Arrancadores basados en variadores de velocidad electrónicos: el arranque y la

parada están controlados y la velocidad depende de una consigna.

1.5.1 El seccionamiento. Para manipular las instalaciones o las máquinas y sus

respectivos equipos eléctricos con total seguridad, es necesario disponer de medios que

permitan aislar eléctricamente los circuitos de potencia y de control de la red de

alimentación general. Esta función, llamada seccionamiento, corresponde a:

Aparatos específicos: seccionadores o interruptores seccionadores

Funciones de seccionamiento integradas en aparatos con funciones múltiples.

Fig. 9 Seccionador

Obsérvese que en los equipos con varios arrancadores no siempre es necesario añadir un

seccionador a cada arrancador. Sin embargo, conviene tener siempre dispuesto un

mando de aislamiento general que permita aislar todo el equipo.

1.5.2 La protección. Todos los receptores pueden sufrir accidentes:

De origen eléctrico:

– sobretensión, caída de tensión, desequilibrio o ausencia de fases que provocan un

aumento de la corriente absorbida,



– cortocircuitos cuya intensidad puede superar el poder de corte del contactor.

De origen mecánico:

– calado del rotor, sobrecarga momentánea o prolongada que provocan un aumento de

la corriente que absorbe el motor, haciendo que los bobinados se calienten

peligrosamente.

Con el fin de que dichos accidentes no dañen los componentes ni perturben la red de

alimentación, todos los arrancadores deben incluir obligatoriamente:

protección contra los cortocircuitos, para detectar y cortar lo antes posible las

corrientes anómalas superiores a 10 In,

protección contra las sobrecargas, para detectar los aumentos de corriente

hasta 10 In y cortar el arranque antes de que el recalentamiento del motor y de los

conductores dañe los aislantes.

Si es necesario, se pueden añadir protecciones complementarias como el control de fallos

de aislamiento, de inversión de fases, de temperatura de los bobinados, etc. La protección

corresponde a:

Aparatos específicos: seccionadores portafusiles, disyuntores, relés de

protección y relés de medida,

Funciones específicas integradas en los aparatos de

Fig. 10 Fusibles de protección



Fig. 11 Disyuntores magnéticos

Fig. 12 Relés térmicos

1.5.3 La conmutación. La conmutación consiste en establecer, cortar y, en el caso de la

variación de velocidad, ajustar el valor de la corriente absorbida por un motor. Según las

necesidades, esta función puede realizarse con aparatos:

Electromecánicos: contactores, contactores disyuntores y disyuntores motores,

Electrónicos: relés y contactores estáticos, arrancadores ralentizadores

progresivos, variadores y reguladores de velocidad.

Fig. 13 Contactores



1.6 Diálogo hombre máquina.

El diálogo hombre-máquina es el complemento indispensable de todo automatismo.

Permite al operador intervenir en el momento del arranque o en curso de ciclo, proceder a

una parada de emergencia y por medio del sistema de señalización, controlar

permanentemente el desarrollo de las operaciones.

Esta función de diálogo es asegurada por todos los auxiliares de mando de intervención

manual (pulsadores, cajas de pulsadores, conmutadores) así como por los pilotos de

señalización, y para las instalaciones más complejas, por los pupitres de mando, cuadros

sinópticos, teclas y teclados, micro terminales, etc.)

El diálogo hombre-máquina activa la circulación de dos flujos de datos que circulan en los

siguientes sentidos:

– Máquina a Hombre

– Hombre a Máquina

Ambos flujos son independientes y están ligados al mismo tiempo:

Independientes. Ya que pueden presentar distintos niveles de información. El

diseñador del automatismo define estos niveles en base a las necesidades del

proceso y a los deseos del usuario: por ejemplo, señales “Todo o Nada” del

operador hacia la máquina, mensajes alfanuméricos o sinópticos animados de la

máquina hacia el operador.

Ligados. Ya que la intervención del operador sobre un interfaz de control se

traduce, a nivel del automatismo, por una acción bien definida y por la emisión de

una información que depende de la buena ejecución de la acción. La intervención

del operador puede ser voluntaria (parada de producción, modificación de datos...)

o consecutiva a un mensaje emitido por la máquina ( fin de ciclo, alarma, …)



Fig. 14 Circulación de la información

Fig. 15 Pulsadores y pilotos luminosos

Fig. 16 Diferentes órganos de dialogo

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