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TECSUP PFR Sistemas Neumticos

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UNI DAD IV

CCOOMMPPOONNEENNTTEESS EELLCCTTRRIICCOOSS YY

EELLEECCTTRROONNEEUUMMTTIICCOOSS

La seccin del mando en sistemas electro-neumticos o electro-hidrulicos estacompuesto de componentes elctricos y electrnicos. Dependiendo de la tarea a serrealizada, la parte del mando puede variar en el diseo:

Los mandos relativamente simples usan componentes electromecnicos (por ejemplo losrelays) o una combinacin de componentes electromecnicos y los componenteselectrnicos.

Para las tareas complejas, particularmente el PLC es el ms usado para el mando.

Para garantizar el correcto dimensionado de mandos y la rpida localizacin de errorescuando aparecen es necesario conocer los elementos operativos su constitucin,funcin y aplicacin, as como sus smbolos en los esquemas elctricos.

En este captulo nos proponemos presentar los elementos para la entrada, elprocesamiento y la conversin de seales.

1. UNIDAD DE ALIMENTACIN DE ENERGA

Los sistemas de mando Electro-hidrulico generalmente no se alimentan conelectricidad de sus propias fuentes de voltaje (por ejemplo las bateras), sino atravs de conductores desde otro suministro principal, va una unidad de laalimentacin elctrica, llamada tambin Fuente de alimentacin, Fuente deenerga.

Los mdulos de una unidad de la alimentacin elctrica

Figura 4.1

La unidad de la fuente de energa consiste en los siguientes mdulos:


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El transformador de tensin, que transforma el voltaje alterno quellega del suministro principal (por ejemplo 220 V) en el voltajeadecuado para el mando (principalmente 24 V).

Un voltaje directo DC aplanado (rizado) se genera por el rectificador yel condensador.

El voltaje DC se estabiliza entonces por el regulador en la lnea.

2. ELEMENTOS ELCTRICOS DE ENTRADA

Los Interruptores se instalan en un circuito para abrir o cerrar el flujo decorriente hacia algn dispositivo.

En cuanto a la funcin se distingue entre los elementos contacto de cierre,contacto de apertura y contacto de conmutacin.

El contacto de cierre (normalmente abierto) tiene el cometido de cerrar elcircuito, el contacto de apertura (normalmente cerrado) ha de abrir el circuito, elcontacto de conmutacin abre o cierra el circuito.

Contacto de cierre NA contacto de apertura NC contacto de conmutacin

Figura 4.2

El contacto de conmutacin es un ensamblaje constructivo de contacto de cierrey contacto de apertura. Ambos contactos tienen un elemento mvil de conexin.Este elemento de conexin, en posicin de reposo tiene contacto siempre slocon una conexin.

El accionamiento de estos elementos puede tener lugar manual omecnicamente o bien por mando a distancia (energa de mando elctrica,neumtica).

Estos interruptores son divididos en dos grupos principales "interruptores debotn" (Push-botton) y "interruptores de mando." (switch). Los dos tipos delinterruptor estn disponibles para el funcionamiento como contactosnormalmente-cerrados, o normalmente-abiertos.

El pulsador (switch), un botn de presin slo abre o cierra un circuitodurante un tiempo, mientras el botn de presin se aprieta. Al soltarlo vuelve aocupar la posicin inicial.


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El interruptor (Push-button), incorpora casi siempre un enclavamientomecnico. Solo por un nuevo accionamiento regresa el interruptor a la posicininicial.

Figura 4.3

PULSADORES

Para que una mquina o instalacin pueda ponerse en movimiento, hace falta unelemento que introduzca la seal. Un pulsador, es un elemento tal, que ocupa enel accionamiento continuo la posicin deseada de conexin.

La figura muestra ambas posibilidades, es decir como contacto de cierre y comocontacto de apertura. Al accionar el pulsador, acta el elemento mvil deconexin en contra de la fuerza del muelle, uniendo los contactos (contacto decierre) o separndolos (contacto de apertura). Haciendo esto est el circuitocerrado o interrumpido. Al soltar el pulsador, el muelle fuerza la reposicin a laposicin inicial.

Figura 4.4 Figura 4.5

A continuacin se muestran ambas funciones, es decir contacto de cierre ycontacto de apertura, estn ubicadas en un solo cuerpo. Accionando el pulsadorquedan libres los contactos superiores e interrumpen el circuito. En el contactoinferior se establece el elemento de conexin el cierre entre los empalmes,quedando el circuito cerrado. Soltando el pulsador el muelle lleva los elementosde conexin a la posicin inicial.

Accionamiento

ContactoNormalmenteabierto

Accionamiento

Contacto

Normalmentecerrado


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Figura 3.4

Figura 4.6

Un pulsador puede estar equipado tambin con varios contactos, por ejemplo 2contactos de cierre y 2 contactos de apertura o 3 contactos de apertura.

3. SENSORES

Se usan los sensores para obtener informacin sobre el estado de un sistema ypasar esta informacin al control. En los sistemas electro-hidrulicos, o electro-neumticos, los sensores son principalmente usados para las siguientes tareas:

Obtener la posicin de componentes de accionamiento. Medir y supervisar la presin y temperatura del fluido utilizado. Para el reconocimiento de material.

FINALES DE CARRERA MECNICOS (Limit Switch)

Con los finales de carrera se detectan determinadas posiciones de piezas demaquinaria u otros elementos de trabajo.

En la eleccin de estos elementos, es preciso atender especialmente el aspectomecnico, la seguridad de contacto y la exactitud del punto de conmutacin.


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Figura 4.7

Para el montaje y el accionamiento de los finales de carrera que hay que fijarseen las indicaciones del fabricante, siendo preciso restar el ngulo de acceso ysobre-recorrido.

PRESOSTATO (Pressure Switch)

El presostato tiene la funcin, de convertir seales neumticas o hidrulicasajustables (presin) a seales elctricas.

Al quedar introducida una seal en la entrada X, la membrada conmutar elinterruptor. Esto slo es posible, si la presin en la entrada X es mayor que lafuerza ajustada en el muelle de compresin. Este ajuste de la fuerza tiene lugaren el tornillo de regulacin.

Cuando es vencida la fuerza ajustada en el muelle, es conmutado un micro-switch (contacto de conmutacin) a travs de una palanca de mando. Estecontacto de conmutacin puede utilizarse como contacto de apertura o de cierre.La seal elctrica de salida queda mantenida en tanto que la seal de entrada enx sea superior a la presin ajustada.


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Figura 4.8 Usualmente estos pueden funcionar con tensiones continuas y alternas.

Sensores de proximidad (sin contacto)

1. Contacto hermtico tipo Reed2. Sensores de carrera inductivos3. Sensores de carrera capacitivos.4. Sensores Fotoelctricos.

1. CONTACTO HERMTICO TIPO REED (MAGNETO SENSIBLE)

Los finales de carrera sin contacto se pueden accionar magnticamente.

Son especialmente ventajosos, cuando hace falta un alto nmero de maniobras.Tambin encuentran aplicacin, cuando no existe sitio para el montaje de uninterruptor final mecnico o cuando lo exigen determinadas influenciasambientales (polvo, arena, humedad).


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Figura 4.9

En un bloque de resina sinttica estn inyectados dos contactos, junto con untubito de vidrio lleno de gas protector. Por la proximidad de un mbolo con imnpermanente, los extremos de las lengetas solapadas de contacto se atraen yconectan, y cuando se aleja el imn, se separan las lengetas de contacto.

Nota Los cilindros con interruptores de proximidad de accionamiento magnticono deberan montarse en lugares con fuertes campos magnticos (por ejemplo:mquinas de soldadura).

Por lo dems hay que tener presente, que no todos los cilindros son aptos parala aplicacin de estos finales de carrera sin contacto.

Figura 4.10

SENSORES DEPROXIMIDADMAGNETICOS

CINTADOMAGNETICO

VASTAGOLIBRE DE

INTERFERENCIAS


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2. SENSORES DE PROXIMIDAD INDUCTIVOS

En la prctica a menudo se han de detectar o contar las piezas (piezas amecanizar, etc.) movidas en mquinas o dispositivos. En la mayora de los casosya no pueden utilizarse para estos procesos los finales de carrera mecnicos nitampoco los magnticos.

En el primer caso porque ya no suele ser suficiente la fuerza de accionamientode la pieza, para accionar los finales de carrera; en el segundo caso, porque ladeteccin de la pieza ya no suele hallarse en el campo de accin del cilindro,para facilitar un detectado magntico. Entonces se ofrece la posibilidad derealizar esa deteccin sin contacto.

Figura 4.11

Constitucin: Los interruptores de proximidad inductivos constan de unoscilador, un disparador de nivel determinado y un amplificador.

Funcionamiento: El oscilador, con ayuda de su bobina osciladora, genera uncampo alterno de alta frecuencia, que emerge en forma de cazoleta de la carafrontal del sensor. Al introducir en este campo alterno una pieza metlica, estaresta al oscilador energa debido a corrientes Foucault resultantes. Por ellodesciende la tensin en el oscilador y el paso basculante siguiente dispara unaseal.

Los interruptores de proximidad inductivos reaccionan slo a metales.


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Formas de ejecucin: Segn el caso de aplicacin existen interruptores deproximidad para servicio de corriente alterna o continua.

La frecuencia de conexiones asciende a unos 2000 impulsos por segundo.

Conexiones de salida para corriente continua 5 24V

Segn, si en la aplicacin ha de conectarse la carga al polo negativo o al polopositivo, se emplear un sensor de proximidad con salida NPN PNP.

La inversin de los empalmes positivo y negativo destruye elctricamenteel elemento (transitor). Mediante una conexin puede lograrse una seguridadcontra el permutado de los empalmes.

Los finales de carrera inductivos por lo general estn equipados ya con dichaconexin.

En la prctica, es importante montar estos interruptores de proximidad deacuerdo con las indicaciones del fabricante

Figura 4.12

3. SENSORES DE PROXIMIDAD CAPACITIVOS

Los interruptores de proximidad capacitivos reaccionan - en contraposicin a losinterruptores de proximidad inductivos - a todos los materiales (tambin a los nometlicos), cuyas propiedades dielctricas provocan una modificacin de lasuperficie activa.

SENSORES DEPROXIMIDADINDUCTIVOS

S1 S2

2..20 mm

METAL


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Figura 4.13

Pero esto significa tambin, que las magnitudes perturbadoras cambiantes, comopolvo y virutas, pueden influirlos.

Figura 4.14

LOS INTERRUPTORES DE PROXIMIDAD INDUCTIVOS SOLO REACCIONAN AMETALES Y LOS CAPACITIVOS REACCIONAN A TODOS LOS OBJETOS.

4. SENSORES FOTOELECTRNICO

En general son ms conocidos los sistemas fotoelectrnicos de una soladireccin.

SENSORES DEPROXIMIDADCAPACITIVOS

S1 S2

2..20 mm

CUALQUIERMATERIAL, NO

NECESARIAMENTE METAL


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Figura 4.15

Pero tambin existen otros sistemas que funcionan bajo principiosdiferentes. Estn los sistemas Fotoelectrnicos por reflexin, que tienen alemisor y al receptor dentro de un solo bloque

El rayo de luz del emisor se dirige hacia un objeto y de all es reflejadohacia el receptor. El objeto interrumpe el camino del rayo de luz, lo queda lugar a la conmutacin. Los objetos no deben ser brillantes ya queentonces el objeto mismo se convierte en reflector (por ejemplo elvstago brillante de un cilindro). La ventaja de esta disposicin es suconstruccin compacta. El emisor y el receptor forman un mismo bloque yno requieren de una conexin que los una como en la figura anterior.

Una tercera posibilidad, el sensor difuso, para detectar la presencia deobjetos es la reflexin propia de stos, que en este vienen a hacer lasveces del reflector. Por este motivo la luz es reflejada en forma directa odifusa (por ejemplo: en cajas de color claro).

Figura 4.16


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Para hacer el sistema insensible a las interferencias que pudieran causaragentes externos (lmparas, luces de ventanas, etc.), la seal que saledel emisor es de muy alta frecuencia. El receptor detectar solo sealesde esa frecuencia.

Figura 4.17

4. REL Y CONTACTOR

La representacin de reles y contactores en el esquema elctrico es idntica, aligual que el principio de funcionamiento que utilizan.

Los Reles se utilizan para conectar o desconectar corrientes relativamentepequeas.

Los Contactores se usan para corrientes relativamente grandes.

Aplicando tensin a la bobina, circula corriente elctrica por el arrollamiento y secrea un campo magntico, por lo que la armadura es atrada al ncleo de labobina. Dicha armadura, a su vez, est unida mecnicamente a los contactos,que llegan a abrirse o a cerrarse. Esta posicin de conexin durar, mientras estaplicada la tensin. Una vez desaparezca la tensin, se desplaza la armadura a laposicin inicial, debido a la fuerza del resorte.

Figura 4.18


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Rel

Figura 4.19

Ejemplo de aplicacin:

Hay varios tipos de rels; ejemplo: rel de retraso de tiempo y rel contador.Los rels se pueden utilizar para varias funciones de regulacin, del control y elmonitoreo:

Como interfaces entre los circuitos de control y los circuitos de la carga, para la multiplicacin de la seal, Para la separacin de circuitos de corriente directa y circuitos de la corriente

alterna, Para el retraso de seales de generacin y convertirla, y Para conectar la informacin.

Terminales designaciones y smbolo de circuito:

Dependiendo de diseo, los rels poseen nmeros que varan de contactosnormalmente cerrados, contactos normalmente abiertos, contactos deconmutadores, contactos normalmente cerrados retrasados, contactosnormalmente abiertos retrasados y contactos de conmutadores retrasados. Lasdesignaciones de los terminales de los rels son estandarizados (DIN EN 50 005,50011-13):

los rels se sealan K1, K2, K3 etc. las terminales de la bobina se sealan A1 y A2. los contactos cambiados por el rel tambin se sealan K1, K2 etc. en los

diagramas elctricos. hay adems nmeros de identificacin del dos-dgitos para los contactos de

conmutacin. El primer dgito est para la enumeracin de todos los contactosexistentes (nmero ordinal), mientras que el segundo dgito denota el tipo decontacto (nmero de la funcin).


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Funcin de los Nmeros para los rels:

1 2 contacto normalmente cerrado.3 4 contacto normalmente abierto.5 6 contacto normalmente cerrado, de un temporizador, Timer.7 8 contacto normalmente abierto, de un temporizador.1 2 4 contacto de cambio del conmutador.5 6 8 contacto de cambio del conmutador, de un temporizador.

Figura 4.20

Los contactores trabajan con el mismo principio base que los relais.

Las caractersticas tpicas de un contactor son:

doble-corte (2 puntos de desconexin por contacto), contactos de accin-positivo y los compartimientos de formacin de arcos cerrados (chispas se forma en

compartimientos separados).

Un contactor posee varios elementos de contacto, normalmente entre 4 y 10.Hay tambin diversos tipos de contactores con varias combinaciones decontactos normalmente cerrados, contactos normalmente abiertos, contactos deconmutacin, contactos temporizados, etc. Los contactos se dividen entrecontactos principales y contactos auxiliares.

Los contactos principales pueden interrumpir Salidas de 4 - 30 kW. Los contactos auxiliares se pueden utilizar para cambiar simultneamente

funciones de control y operaciones lgicas. Los contactores de potencia, llamados tambin contactores de fuerza, usan

como funcin principal, los contactos principales.


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Figura 4.21

En los diagramas elctricos, el contactor que alimenta los motores trifsicos sonsealadas por la letra K (para el contactor) y M (para el motor) as como unnmero de serie. El nmero de serie identifica la funcin del dispositivo; porejemplo: K1M = Contactor principal, de un motor trifsico.

La aplicacin de contactores es mltiple. Se utilizan para la conexin de motores,calentadores, acumuladores de corriente, calefacciones, aparatos declimatizacin, gras, etc.

5. SOLENOIDES

Los solenoides hacen posible operar las electrovlvulas con la ayuda de energaelctrica.

Un solenoide consiste en un bobinado el cual lleva en su ncleo un elementodesplazable el cual a su vez lleva adosado una corredera, carrete o spool.Cuando se energiza el solenoide el campo magntico en el ncleo desplaza a lacorredera con lo cual se logra cambiar de una posicin a otra a la electrovlvula.

Figura 4.22


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TIPOS

POR LA ALIMENTACIN:

Solenoides Discretos:

Actan de tal manera que la corredera presenta solo dos posiciones: Cuando noest energizado (posicin NORMAL) y cuando se energiza. Es decir o no estactivada o est activada.Los solenoides discretos se alimentan con tensin:12 V, 24V, 36V, 190V Continuos110 V, 220 V AlternosDe estos valores el de 24 V Continuos es un valor comn muy usado enhidrulica.

Solenoides Continuos o Proporcionales:

Actan en forma proporcional a la seal de entrada. Por ejemplo si es alimentadacon 100 mA se desplazara una distancia y si se alimenta con 200 mA sedesplazara el doble. Esto quiere decir que a mayor intensidad de corriente comoseal de entrada, mayor desplazamiento de la corredera. El objetivo de estossolenoides es de guardar una proporcionalidad lineal entre la seal de entrada yel desplazamiento.Comnmente una tarjeta electrnica alimenta con corriente a estos solenoidessiendo el rango de alimentacin de aproximadamente: 0..2500 mA.

POR SU SELLADO DE SU VASTGO:

Solenoide De Pin Seco:

El elemento desplazable ubicado dentro del ncleo del solenoide est sellado conrespecto a la cmara donde se encuentra el aceite hidrulico, en cambio puedepresentar una extensin hacia fuera del solenoide para el accionamiento manual.

Figura 4.23


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Solenoide De Pin Hmedo:

El elemento desplazable ubicado dentro del ncleo del solenoide est encontacto con el aceite de las cmaras hidrulicas, pero est sellado conrespecto al exterior. Mediante un dispositivo se logra accionar al elementoexternamente.

Figura 4.24

Figura 4.25

Figura 4.26


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Figura 4.27

6. SISTEMAS CONVERTIDORES ELECTRONEUMTICOS

Al aplicar en la prctica mandos con aire comprimido y corriente elctrica, espreciso el empleo de sistemas convertidores.

Por la aplicacin de los convertidores pueden ponerse en evidencia las ventajasde ambos sistemas.

En estos sistemas convertidores se trata de vlvulas electromagnticas, quetienen el cometido, de convertir las seales elctricas en seales neumticas.

Estas vlvulas electromagnticas constan de una vlvula neumtica y de unaparte elctrica de mando (cabeza de electroimn).

Los electroimanes se emplean para el accionamiento de vlvulas cuando la sealde mando proviene de un elemento elctrico, tales como finales de carrera,pulsadores, temporizadores, presostatos o programadores elctricos. Sobre todocuando las distancias de mando sean grandes.

En este captulo explicaremos algunos convertidores. Lo suficiente para captar elconcepto de funcionamiento de los mismos.

Figura 4.28


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Electrovlvula 2/2 vas, con accionamiento manual auxiliar.

En posicin de reposo est cerrada, siendo sta su posicin base. Este elementoes una vlvula de asiento, de mando directo unilateral. En la conexin 1 (P) llegael aire comprimido. La corriente de aire hacia la salida 2 (A) queda bloqueada porla armadura. Al aplicar una seal elctrica en la bobina, se crea un campomagntico y la armadura es atrada. El aire comprimido fluye desde la entrada1(P) hacia 2(A). Una vez anulada la seal elctrica, la vlvula vuelve a ocupar laposicin bsica debido al muelle de reposicin.

Figura 4.29

La desaireaccin del conducto de aire comprimido a travs del empalme 2(A) nopuede tener lugar, ya que no existe un orificio de escape.

La corriente de aire desde 1(P) hacia 2(A) se puede franquear manualmente pormedio de un accionamiento auxiliar. A travs de una superficie existente en untornillo, la armadura es levantada de su asiento.

Esta electrovlvula 2/2 vas se aplica como rgano de cierre.

Electrovlvula 3/2 vas, con accionamiento manual auxiliar.

Al aplicar una seal elctrica a la bobina, se origina un campo magntico, quehace que la armadura se levante de su asiento, ocupando la posicin superior.

El aire comprimido fluye desde la entrada 1(P) hacia la salida 2(A); el orificio deescape 3(R), existente en el tubo del imn; queda cerrado por la armadura. Alanular en la bobina el campo magntico, el muelle de reposicionamiento vuelve aempujar la armadura sobre el asiento obturador. El paso de aire comprimido de1(P) hacia 2(A) queda bloqueado; el aire comprimido del conducto de trabajoescapa a travs de la conexin 2(A) hacia 3(R) en el tubo del imn.


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Tambin aqu facilita el accionamiento auxiliar un conmutado manual de estaelectrovlvula 3/2 vas.

Este elemento se aplica en mandos provistos de cilindros de simple efecto, en elmando de otras vlvulas y en la conexin y desconexin de aire comprimido enmandos. Se muestra a continuacin una NC.

Figura 4.30

Electrovlvula 3/2 vas, cerrada en posicin de reposo (con servopilotaje,accionamiento manual auxiliar).

Para no tener que dimensionar demasiado grandes las bobinas en la vlvula, seaplican vlvulas con servopilotaje neumtico.

La funcin del elemento, mostrado abajo, es similar a la de las electrovlvulas3/2 vas precedente. La diferencia est en el accionamiento indirecto del mbolode la vlvula.

Existiendo una seal elctrica, la armadura de la bobina magntica franquear elpaso. Por el canal de aire, existente desde la conexin 1(P) hacia la armadura yluego hacia el mbolo de la vlvula, conmuta el aire comprimido al mbolo de lavlvula. La funcin de conmutacin de 1(P) hacia 2(A), es mantenida mientrasexiste la seal elctrica de entrada.

En esta vlvula servopilotadas es indispensable respetar la presin mnima ymxima.


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Figura 4.31

Electrovlvula 5/2 servopilotada.

El mando previo de la vlvula 5/2 vas se realiza a travs de otra 3/2 vas,accionada por la bobina.

Los mbolos de mando de la unidad principal son impulsados por airecomprimido,

Figura 4.32

Electrovlvula 5/2 servopilotada, de impulsos elctricos.


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La inversin de la vlvula se realiza por vlvulas de 3/2 vas accionadas porsolenoides incorporados. Al producirse la atraccin del ncleo del mientras existatensin en la bobina.

Por medio del servopilotaje se accionan vlvulas mas grandes, gracias aelectroimanes relativamente pequeos.

Figura 4.33

La vlvula piloto realiza la conmutacin, quedando en esta posicin hasta elsiguiente impulso de la vlvula contraria.

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