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Gestión Empresarial INTRODUCCIÓNAUTÓMATAS ELÉCTRICOS CONVENIENCIA DE LOS CIRCUITOS DE MANDO Debemos de destacar la conveniencia de los circuitos de mando. Cuando se pretende alimentar un elemento o sistema eléctrico permitiendo cierto grado de maniobra (no limitada únicamente a la apertura o cierre), es conveniente separar el esquema eléctrico en dos: uno principal o de potencia y otro secundario o de mando (y señalización). El circuito principal será el encargado de transmitir la potencia al elemento accionado. Constará de tres o cuatro hilos o conductores en el caso de alimentación trifásica o de dos hilos en caso de alimentación monofásica o de corriente continua y a los niveles adecuados de tensión (220 V o superior). Estos conductores deberán soportar el paso de la corriente para el que las máquinas estén diseñados. El circuito de mando será el encargado de realizar las funciones de temporización, autorretención, enclavamiento, etc, que nos permita un mayor control del proceso o dispositivo. Consta de dos hilos por que se trabaja generalmente con tensión alterna monofásica de 220 V o menor. Los elementos que forman parte del circuito de mando no maniobran con elevadas potencias y por tanto no se les exigen las mismas condiciones que los elementos del circuito de potencia (son más baratos). De todos modos, al separar el circuito en dos, se consigue: · Una simplificación en los esquemas, pues se trabajan con dos esquemas diferentes más sencillos. · Una ahorro en cableado, pues el mando se encarga a un circuito monofásico en vez de trifásico. · Un ahorro en los elementos, pues a los elementos del circuito de mando no se les exige las mismas características que a los de potencia. Si el elemento a alimentar es de escasa potencia y la maniobra que se pretende realizar es simple, no suele haber esta separación. NECESIDAD DE LOS ELEMENTOS DE PROTECCIÓN Además de las acciones de maniobra en las que puede englobarse en lo que se denominaría la operación normal de la instalación, existen otras acciones que son necesarias para proteger los elementos de la instalación o para proteger a las personas. De estas acciones se encargan los elementos de protección. Dentro del primer grupo, las destinadas a la protección de los elementos, se encuentran todos los dispositivos encargados de detectar condiciones anormales de funcionamiento y de realizar las acciones oportunas para evitar las consecuencias dañinas de ese mal funcionamiento, generalmente interrumpiendo la alimentación del elemento en situación anormal. Esta acción de interrupción a veces es instantánea tras la detección de la situación y otras veces permite cierto retardo en función de la gravedad de la situación. Los principales elementos dentro de este grupo son los relés térmicos o magnetotérmicos y los fusibles, que se encargan de detectar (los relés) o de detectar y despejas (los fusibles) las sobrecargas y cortocircuitos. Existen otros muchos relés que detectan, por ejemplo, la apertura de un conductor en la alimentación de motores, fallos en los circuitos de excitación de máquinas síncronas, funcionamiento como motor de alternadores, etc. En este sentido conviene introducir el concepto de condiciones nominales. Son aquellas por encima de las cuales el equipo no está garantizado que funcione perfectamente durante el periodo de vida del mismo. Si se trabaja por encima de la tensión nominal, es posible que los aislamientos no soporten esta tensión y se produzcan descargas y contorneamientos. También puede dar lugar a corrientes mayores de las esperadas. Si se trabaja por encima de la intensidad nominal, las pérdidas por efecto Joule son demasiado elevadas y es posible que el sistema de refrigeración del equipo no permita disipar el calor, con lo que la temperatura sube excesivamente y puede dañar el aislamiento. Por otro lado, un par por encima del nominal en una máquina rotativa puede producir una fatiga excesiva del material o directamente ocasionar la rotura del eje. Dentro del segundo grupo, los que se refiere a la protección de las personas, el principal es el relé diferencial, que detecta fugas de corriente. ELEMENTOS EN UNA INSTALACION ELECTRICA A continuación se describirán brevemente los principales elementos de los circuitos de mando, protección y potencia de baja tensión. a) PULSADOR Es un contacto que tiene una sola posición estable. Esta posición estable permitirá el paso de corriente y en este caso será un pulsador normalmente cerrado o pulsador de apertura (o pulsador de paro), o bien no lo permitirá y será un pulsador normalmente abierto o pulsador de cierre (o pulsador de marcha). Cuando el pulsador normalmente cerrado es activado manualmente (se pulsa), el contacto se abre, y abre también el circuito durante el tiempo en que se mantiene pulsado. Cuando el pulsador normalmente abierto es activado, el contacto se cierra, y realiza la conexión eléctrica entre sus contactos. Al dejar de pulsar, el circuito se abre y cesa la alimentación del elemento maniobrado. b) CONTACTOREs un elemento de accionamiento electromagnético. Su misión es la de establecer la corriente de alimentación de un dispositivo eléctrico (típicamente un motor). Esto se consigue aplicando tensión a la bobina del contactor. El contactor sirve para comunicar las órdenes finales obtenidas del circuito de mando al circuito principal, aunque no hay contacto eléctrico entre ambos. Los principales constituyentes son:
Normalmente es accionado (directa o indirectamente) por pulsadores (marcha), o relés térmicos. c) RELÉ Elemento típicamente usado en protección aunque por su funcionamiento puede desempeñar funciones de maniobra. Los relés usados en protección, cuando se da una determinada condición indicativa de un mal funcionamiento, se produce la apertura de sus polos (contactos) interrumpiendo la alimentación de un circuito eléctrico o máquina. Esta condición suele ser la de una excesiva intensidad, pero también puede producirse el disparo (apertura de contactos), por una excesivamente grande o pequeña tensión o frecuencia, por una inadecuada dirección de la potencia, por una baja intensidad en el circuito de excitación de máquinas síncronas, etc. En baja tensión, y para pequeñas potencias consta de un elemento sensible que detecta la condición de apertura y otro elemento actuador que realmente produce la apertura de los polos agrupados en un mismo cuerpo. En alta tensión o con potencias elevadas, estos dos elementos están separados por un órgano sensible (relé propiamente dicho) y el órgano actuador o mecanismo de disparo (disyuntor). Los principales y más sencillos relés de protección que se encuentran en una instalación eléctrica (y por tanto en el cuadro eléctrico de una instalación de electrobomba) son los: · Relés térmicos: que protegen al circuito frente sobrecargas (intensidades por encima de la nominal); no actúan instantáneamente sino que el tiempo que tardan en abrir sus polos (o dar la orden de apertura) depende de cuánto más elevada es la intensidad por encima de la nominal.
· Relés magnetotérmicos: que unen a su característica térmica un elemento que opera instantáneamente por acciones electromagnéticas cuando la intensidad es muy superior a la nominal, previsiblemente porque existe un cortocircuito cercano; la acción magnética puede llevar incorporada un retardo independiente de la intensidad. Los relés usados en el control se encuentran precisamente en este circuito, con muy típicos los de: · Relés de tiempo o temporizados: como los relés de retardo a la conexión que no abren o cierran sus contactos hasta que no han trascurrido un cierto tiempo desde que se le da la orden (desde que se excita la bobina del relé); o los relés de retardo a la desconexión, que conmuta sus contactos cuando se da la orden, manteniendo esta conmutación hasta pasado un tiempo desde que se deja de aplicar dicha orden. · Relés de conmutación: que abren o cierran sus contactos cuando se alimenta su bobina, sin temporización; se asemejan a los contactores pero sin contactos principales. d) CORTACIRCUITOS FUSIBLE O FUSIBLE Elementos únicamente de protección frente a cortocircuitos. Se componen de un hilo delgado que se funde por efecto Joule al ser atravesado por la corriente de cortocircuito. En altas potencias, existen fusibles trifásicos que al fundirse alguno de los hilos, produce la apertura de las otras fases, evitando así una peligrosa (para los motores) alimentación desequilibrada. Las características de los fusibles dependen del elemento al que protegen. Así los fusibles destinados a proteger dispositivos semiconductores han de fundirse rápidamente al sobrepasar la intensidad nominal mientras que los destinados a proteger motores deben de aguantar las puntas de arranque sin fundirse durante el tiempo que tarda en arrancar los motores. e) SECCIONADOR Es un elemento de maniobra más propio de alta tensión. Asegura la apertura de un circuito, por ejemplo para realizar labores de mantenimiento en una línea o equipo. No pueden abrir o cerrar bajo carga (pasando intensidad). En el caso de poder abrir o cerrar bajo carga, se denomina seccionadores bajo carga. Pueden llevar un fusible incorporado, que actuaría ante cortocircuitos, y sería un ruptofusible. f) DISYUNTOR Elemento de protección accionado por un relé. Es capaz de interrumpir corrientes de cortocircuito (muy elevadas). Su poder de corte (intensidad capaz de interrumpir) depende principalmente de las características (y por tanto precio) de los polos y de la capacidad de eliminar el arco que se establece al intentar interrumpir una intensidad elevada por la separación de los polos. También pueden interrumpir intensidades de operación normal o sobrecarga, o establecer la corriente eléctrica (es más fácil cerrar un circuito y establecer una corriente que abrir el circuito e interrumpir la misma corriente). g) INTERRUPTOR Elemento de protección y maniobra. Interrumpe o establece la intensidad nominal o con leve sobrecarga. Aunque se confunde este término con el de disyuntor, el interruptor propiamente dicho de baja tensión no interrumpe la intensidad de cortocircuito. Dentro de los circuitos de control en baja tensión es posible encontrarlos como elemento de maniobra, aunque en estos casos se suele emplear otros términos como posicionador, interruptor seccionador, selector, interruptor de posición o conmutador. Es un contacto con dos posiciones estables. En una el contacto está abierto y en la otra, cerrado. Algunos tipos de conmutadores, pueden establecer más de un circuito, o bien abrir un circuito a la vez que cierran otro. También en baja tensión, pero en el circuito de potencia, sería un elemento de protección contra sobrecargas o también un elemento de maniobra. h) PEQUEÑO INTERRUPTOR AUTOMATICO Elemento de maniobra y protección empleado en instalaciones de baja tensión de poca potencia. Establece y corta la corriente nominal y también la de cortocircuito. Son dispositivos diseñados de forma que al detectar cierto tipo de anomalía en el circuito, ordena su propio disparo, dejando el circuito abierto. i) INTERRUPTOR DIFERENCIAL Elemento de protección que detecta los defectos de aislamiento. Da lugar a disparo instantáneo cuando existe una intensidad que se deriva a masa por encima de un determinado valor. Si existe un defecto de aislamiento, un conductor puede quedar unido eléctricamente a la carcasa o a alguna parte accesible por el personal, con lo que dicha parte estaría a un potencial (tensión) peligroso para el operario. Para evitarlo, si la instalación tiene una adecuada toma a tierra se derivará una intensidad en el momento en que produzca dicho defecto de aislamiento y el interruptor diferencial interrumpirá la alimentación no permitiendo la conexión hasta que no se detecte y repare el defecto. DESIGNACIÓN DE APARATOS Los aparatos reciben una denominación simbólica que se compone de tres caracteres: A N FDonde: A: Indica el tipo de aparato. N: Es un número ordinal para distinguir aparatos y funciones. F: Es una letra indicativa de la función del aparato. Los tipos de aparatos (A) más usuales son: · Relés y contactores K. · Motores M. · Interruptores S. · Dispositivos de protección F. Las funciones (F)más usuales son: · Protección F. · Función principal M. · Estado (marcha, parada) Q. · Dirección de movimiento (adelante, atrás, izquierda, derecha) B. · Temporización T. DESIGNACIÓN DE LOS PUNTOS DE CONEXIÓN Los bornes de la bobinas de los contactores se identifican con una letra y un número (A1-A2). Los contactos principales de los aparatos de maniobra y protección se caracterizan mediante cifras de un solo digito. Los puntos de conexión serán impar y el inmediato superior. Los contactos auxiliares mediante dos dignitos, el primero expresará el tipo de función (abierto/cerrado, especial), el segundo un ordinal. Para los normalmente cerrados se emplea el 1-2, para los normalmente abiertos el 3-4. Red de corriente alterna: Fase 1 L1 Fase 2 L2 Fase 3 L3 Neutro N
Red de corriente continua: Polo positivo L+ Polo negativo L- Neutro M
Conductor protección PE Neutro-protección PEN
Masa MM
CONFIGURACIONES A TENER EN CUENTA 1º ARRANQUE ESTRELLA TRIANGULO Este tipo de arranque es muy utilizado en la industria. En el arranque de los motores (hasta que estos alcanzan la velocidad nominal) se produce un aumento de la corriente absorbida por la red que puede llegar a ser de hasta ocho veces la corriente nominal. Con esta configuración, durante el arranque disminuye la corriente en un tercio, y por tanto las caídas de tensión en los aparatos cercanos. Al pulsar el interruptor de marcha el motor se alimenta en estrella, es decir, cada una de las fases alimentan una de las bobinas por su extremo, quedando unidas en un mismo punto el otro extremo de las tres bobinas. Al transcurrir el tiempo estipulado en un temporizador (tiempo cercano en alcanzar la velocidad nominal), se conmuta a triangulo, para lo que se abre esta conexión en las salidas de las bobinas y se conecta cada una de ellas en una fase distinta a la de la entrada (R-S, S-T, T-R), de esta forma se alimentan las bobinas a la tensión de línea. El motor se dispone a funcionar en su régimen nominal.
Podemos observar en el circuito principal la existencia de unos fusibles de protección contra cortocircuitos (producen corrientes muy elevadas) designados por F1F. Le sigue los contactos principales de un contactor K1M, que alimenta cuando están cerrados los bornes de cada una de las bobinas (U, V, W). Entre ambos los contactos de un relé térmico F2F. El pulsador S0Q es un pulsador de paro. La función de F1F es la de protección directa del circuito principal. Es un fusible cuya acción se limita a protección frente cortocircuitos. Si existe un cortocircuito en el circuito principal, se abre el fusible y se despeja el cortocircuito. La función de F2F es la de protección indirecta del circuito de potencia, principalmente del motor. Es un relé térmico que actúa frente a sobrecargas mantenidas durante un tiempo (función inversa a la intensidad). Si existe una sobrecarga mantenida, abre el contacto NC que se halla en el circuito de mando, lo que impide la alimentación de K1B y K2B y deja de alimentar el motor. Los bornes de “salida” (U´, V´, W´) están conectados a los contactos principales de dos contactores K2M y K3M. En el momento de pulsar el pulsador de marcha S1Q, se excitara la bobina K2M (contactos normalmente abiertos que se cierran), estableciéndose la conexión en estrella, en ese momento se excita de igual modo, al cerrar K2M, K1M. Se produce el autoenclavamiento de K1M. Se alimenta del relé temporizador con retardo a la conexión (se produce el accionamiento de los contactos un tiempo después de recibir la señal). Cuando transcurre el tiempo marcado por el relé temporizador con retardo a la conexión K4T, dejará de excitarse la bobina de K2M (contactos normalmente abiertos que se cerraran), y se excitará la bobina de K3M, ya que mientras K2M esta excitado, su contacto auxiliar NC se abre impidiendo la alimentación de K3M, disponiéndose la configuración triangulo. K1M continua con su enclavamiento. 2º ARRANQUE DEL MOTOR MEDIANTE RESISTENCIA Y CON INVERSOR DE GIRO Se trata de un circuito que realiza dos funciones, la de arrancar el motor mediante la inclusión de resistencias, disminuyendo la intensidad en el arranque, lo que produce caídas de tensión en los aparatos cercanos. Con la inclusión de estas resistencias, la diferencia de potencial en las bornes del motor es menor, ya que existe una caída de tensión en las resistencias en serie. Para anular las resistencias producimos el cortocircuito de las mismas. La otra función es un inversor de giro. Para producir el giro de un motor en corriente alterna trifásica bastará con invertir dos conductores de la alimentación del motor. Con ello se consigue cambiar la secuencia de las fases y por lo tanto del giro. Hay que tener en cuenta que cada cambio de giro se tratará como un nuevo arranque del motor en lo que a limitación de corriente se refiere. Al igual que en el circuito anterior, nos encontramos con el fusible F1F, y con el relé térmico F2F. El fusible F1F protege al circuito de mando frente cortocircuitos. Si existe un cortocircuito se abrirá despejando el cortocircuito. Como efecto añadido, se deja de alimentar las bobinas, con lo que se abrirán los polos de K1B y K2B, si estaban alimentados y se para el motor. La función F2F es la de protección indirecta del circuito de potencia, principalmente al motor. Es un relé térmico que actúa frente a sobrecargas mantenidas durante un tiempo (función inversa a la intensidad). Si existe una sobrecarga mantenida, abre el contacto NC que se haya en el circuito de mando, lo que impide la alimentación de K1B y K2B. K1B y K2B son los contactores, que a través de sus contactos se alimenta el motor. Según cual este activado se producirá una secuencia u otra de las fases y por lo tanto el sentido del giro del motor. K3Q es el contactor, cuyos contactos mientras estén abiertos permite el paso de la corriente por las resistencias, lo que provoca una caída de tensión en las mismas, y la diferencia de potencial en los bornes de motor es menor. Cuando se cierra, se cortocircuita las resistencias, por lo que la diferencia de potencial en las bornes del motor es la de la red.
Los contactos normalmente cerrados S1B y S2B, colocados en la línea de alimentación de las bobinas de los relés K2B y K1B respectivamente, sirven para que cuando activemos un sentido de giro determinado, cerrando la alimentación a la bobina correspondiente, se abra la misma para la alimentación al la bobina contraria. Los contactos normalmente abiertos K1B y K2B, en paralelo con los pulsadores normalmente abiertos S1B y S2B, se utiliza para el autoenclavamiento de la bobina de su contactor, propiciándole un camino de alimentación para cuando se deje de presionar el pulsador. Los contactos normalmente cerrados K2B y K1B, colocados en la línea de alimentación de las o bobinas relés K1B y K2B respectivamente, sirven para que no se pueda alimentar un contactor mientras el otro este activado o alimentado. Esto es necesario para evitar cortocircuitos bifásicos al pulsar S1B o S2B. En cuanto el sistema de arranque del motor, hay que observar que en circunstancias normales el contactor K3Q esta alimentado, por lo que cerrara sus contactos y cortocircuitará las resistencias. Cuando se produce el arranque o la inversión de giro, se alimenta K4A que deja de alimentar K3Q, abriéndose los polos, permitiendo el paso de la corriente a través de las resistencias. El contacto auxiliar, normalmente abierto K4A se cierra. Si como es de esperar se produce una intensidad mayor del nivel ajustado para el relé de intensidad F3N, se cerrará su contacto normalmente abierto y se producirá la autoretención de la bobina K4A, cuando deje de actuarse sobre uno de los dos pulsadores. Cuando la intensidad baje a un valor por debajo del ajuste, se deja de alimentar la bobina K4A, se vuelve alimentar K3Q y se cortocircuitan las resistencias de arranque. Con esto el motor a su nivel de tensión normal. Las resistencias no se vuelven a incorporar hasta que no se produzca otro arranque o inversión de giro.
AUTÓMATAS NEUMATICOS Los circuitos neumáticos, son circuitos que funcionan mediante el flujo de aire, a través de sus circuitos, a una determinada presión. VÁLVULAS NEUMATICAS Las válvulas son concebidas para controlar el arranque, parada, dirección y sentido del flujo del aire en el circuito neumático. Con ellas se pueden gobernar de forma directa o indirecta, las de mando o pilotaje, actuadores del tipo de cilindros, motores neumáticos, o pinzas. Las válvulas distribuidoras y de mando pueden ser de dos o más posiciones, y con dos o más vías. Las posiciones se representan mediante cuadros. Las vías son las entradas y salidas que se unen al cuadro (posición) activa. Las vías como conexiones al exterior, pueden se del tipo general (una simple línea), a una toma de presión (circulo con punto interior), o escape a la atmósfera (triangulo). Cada uno de los cuadros, es decir posiciones, produce una determinada función. Se representan en reposo, pero ante la acción de una fuerza exterior, como fuerza manual, neumática, electromagnética, etc, las casillas se desplazan sobre las tomas exteriores y ocupan una u otra posición. Las válvulas pueden clasificarse según su forma constructiva, función que cumplen o tipo de mando:
· Válvula de asiento. · Válvula de corredera.
· Distribuidoras de flujo. · De mando. · Captadoras de señal o posición.
· Manual. · Mecánico. · Neumático. · Eléctrico.
TIPOS DE ACCIONAMIENTO En cuanto al accionamiento, como ya se ha referido, tenemos: · Accionamiento manual. Estas requieren la acción voluntaria de un operador. · Accionamiento mecánico. Son activadas por un mecanismo o vástago. · Accionamiento neumático. Consiste en un pilotaje que permite el accionamiento de una válvula a distancia aprovechando la fuerza que produce el aire a presión. · Accionamiento eléctrico. Se utiliza una señal eléctrica, que mediante un dispositivo electromagnético acciona la válvula.
TIPOS DE MANDOS En lo que al mando se refiere debemos de diferenciar entre los circuitos de mando directo, los circuitos de mando indirecto, y los circuitos de mando condicional o simultaneo. · Mando directo: la acción que el operario realiza sobre las válvulas de mando incide directamente sobre los actuadores que gobiernan los elementos de fuerza. No es necesario la intervención de válvulas distribuidoras. · Mando indirecto: En este caso las válvulas de mando, que manipula el operario, gobiernan a unas válvulas distribuidoras que son las que se comunican con los actuadores principales. En algunos casos no conviene o no puede gobernarse directamente un cilindro, por necesidad de un gran caudal, estar muy alejado, etc. · Mando condicional (o simultaneo): Cuando un cilindro ha de responder a la acción simultanea de dos pulsadores. Se utilizad en numerosas ocasiones para garantizar la seguridad de los operarios.
TEMPORIZADORES También debemos de conocer las válvulas que permiten la temporización neumática. Son válvulas complejas compuestas por un estrangulamiento graduable, con lo que se puede ajustar la temporización, una cámara de acumulación y un distribuidor pilotado. En el ejemplo pueden ver una válvula temporizada de tres vías y dos posiciones y normalmente abierto. Esto quiere decir que si se alimenta su vía de presión y no se alimenta su orificio de pilotaje, a la salida habrá aire a presión, como cualquier válvula normalmente abierta. Si se alimenta el orificio de pilotaje, por ser temporizador, mantendrá la posición inicial durante un tiempo ajustable. Pasando este tiempo cambiará la posición. En esta la vía de presión esta bloqueada y la vía de trabajo está conectada al escape, lo que supone que a la salida del temporizador se tendrá un nivel 0 de presión. Internamente consta de un regulador de caudal unidireccional, de un deposito de mayor o menor capacidad y de una válvula monoestable (en una de las dos posiciones es estable en el tiempo). Si por el orificio de alimentación llega aire a presión, este irá llenando el depósito a una velocidad tanto menor cuanto mayor sea el grado de estrangulamiento el regulador. Una vez que el aire del interior alcanza una presión suficiente para vencer la acción del resorte de la válvula, esta será pilotada y cambiará de posición.
De este modo la graduación del estrangulamiento permite ajustar la temporización (mayor estrangulamiento, mayor temporización). El antiretorno del regulador sirve para vaciar el depósito si se comunica el orificio de pilotaje con la atmósfera y permitir, de este modo, un estado inicial de vacío para la siguiente temporización. VÁLVULAS DE RETENCION Otro tipo de válvulas interesantes son las válvulas de retención (o antiretorno), las cuales permiten el paso del fluido del aire en una única dirección. VÁLVULAS DE SIMULTANEIDAD A la salida existirá aire a presión sólo si a ambas entradas llega aire a presión. Por lo tanto realiza la función lógica AND entre las entradas.
VÁLVULAS SELECTORAS DE CIRCUITO Si en alguna de sus entradas hay aire a presión, comunicará dicho aire hacia la salida. Realiza, por tanto, la función lógica O entre sus entradas.
AUTÓMATAS PROGRAMABLES Los autómatas programables tienen la función de interactuar con el proceso, recibiendo las señales de entrada de los captadores y elementos de control y dando lugar a las salidas que serán ejecutadas por los órganos correspondientes. Estas salidas obedecerá al programa introducido en el autómata. Para la realización del programa nos basaremos en el GRAFCET. El GRAFCET es un método gráfico que permite representar los automatismos secuenciales describiendo gráficamente la evolución del automatismo y los diferentes comportamientos de este. Por ello decimos que su función es precisar el ciclo y las condiciones de funcionamiento de la maquina automática. A las fases se les llaman etapas. Entre dos etapas hay una transición. A cada transición le corresponde una receptividad, es decir la condición que se ha de cumplir para pasar de una etapa a otra. · Una transición es valida cuando todas las etapas anteriores son activas. · Una transición es franqueable cuando es valida y se receptividad asociada se cumple. · Al franquear una transición se desactiva las etapas anteriores y se activan las etapas posteriores.
Las estructuras básicas más utilizadas comúnmente son las siguientes: · Secuencia lineal · Acciones exclusivas · Salto de etapas · Repetición de secuencia · Acciones simultaneas
1º SECUENCIA LINEAL El GRAFCET evoluciona en forma consecutiva sin ningún tipo de selección.
2º ACCIONES EXCLUSIVAS Dependiendo de que receptividad se cumpla, el GRAFCET evoluciona hacia una secuencia de etapas u otra; también recibe el nombre de selección de secuencia. Las acciones exclusivas comienzan con transiciones y terminan con transiciones.
3º SALTO DE ETAPAS Según la receptividad o condición que se cumpla, el GRAFCET evoluciona hacia una serie de etapas o bien hace un salto hacia delante, no activando estas etapas. Podría considerarse un caso particular de selección de secuencia.
4º REPETICIÓN DE SECUENCIA Tras realizar una secuencia de etapas, el GRAFCET se encuentra ante dos receptividades. Según se cumpla una u otra, el GRAFCET evoluciona hacia otra serie de etapas o bien hace un salto hacia atrás, repitiendo las etapas anteriores.
5º ACCIONES SIMULTANEAS El GRAFCET evoluciona hasta la línea doble, momento en que las siguientes etapas se activan simultáneamente y sigue su evolución independientemente; finalmente, en la siguiente línea doble la secuencia solo evolucionará sí las etapas anteriores están todas activas. También se llama paralelismo estructural. Las acciones simultaneas comienzan con etapas y terminan con etapas.
LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN El autómata programable S7-300 puede ser programado en dos lenguajes: · KOP: En el que se tiene segmentos con contactos y salidas. · AWL: Se escribe cada una de las instrucciones. En la trascripción tenemos las siguientes partes: 1. Transiciones 2. Temporizadores 3. Salidas
Nos centraremos en el AWL, ya que es más rápido de programar. · U: Consulta la variable. U E0.1 · UN: Consulta negada de la variable. UN “pulsa” · O: Operación lógica Or. O E4.0 · S: Activa. S A8.0 · R:Desactiva. R “ET2” · FP: Detecta flanco positivo. FP M1.0 · FN: Detecta flanco negativo. FN M.1.1 · L: Carga en ACU 1 (pasando el antiguo ACU1 a ACU2). L PEPE · T: Transfiere el contenido de ACU 1 a una dirección de destino. T MW14 · SI: Temporizador de impulso. SI T2 · SV: Temporizador de impulso programado. SV T3 · SE: Temporizador con retardo a la conexión. SE T4 · SA: Temporizador con retardo a la desconexión. SA T5 · SS: Temporizador con retardo a la conexión memorizada. SS T6 · ZV: Contador incremental. ZV Z1 · ZR: Contador decremental. ZR Z2 · SPB: Salto. SPB SAL1 · CC: Llamada a una función CC FC1 · I: (mayores, menores iguales). Compara ACCU1 con ACU2 =I
BLOQUES OB100L DW#16#0 T MW 0 T AW 8
SET = “ET0”
RESET DE LAS ENTRADASL DW#16#0 T MW 0
RESET DE LAS SALIDASL DW#16#0 T AW 8
EJEMPLOS DE AUTOMATIZACIÓN DE PROCESOS 1º SECUENCIA LINEAL
2º ACCIONES EXCLUSIVAS
3º BUCLES
4º ACCIONES SIMULTANEAS
DECLARACIÓN DE SALIDAS Se rastrea por cada salida las etapas que la activa, y no al contrario. En cada una de las etapas podemos asignarle que active una salida, de la forma: U ET10 = A8.0
O ET3 O ET6 O ET11 = A8.2
UN ET3 = “verde”
TEMPORIZADORES Si queremos pasar de la etapa 10 a la etapa 11, cuando transcurra un tiempo de 20 segundos, en las líneas del cuerpo del programa escribiremos: U ET10 U T1 S ET11 R ET10
En conjunto de ordene referentes a temporizadores debemos de declarar el temporizador: U ET10 L S5T#20s SE T1
CONTADORES Para los contadores témenos ZV (contador incremental), y ZR (contador decremental). El contador estará a 1 desde que se activa y la cuenta sea distinta de cero. Cuando llega a cero el contador se pone a 0. Por ejemplo para un bucle de 5 decremental tenemos: U ET3 L C#5 S Z1
U ET3 S ET5 R ET3
U ET5 U Savance S ET6 R ET5
U ET6 U Sretroceso U Z1 S ET5 R ET6
U ET6 U Sretroceso UN Z1 S ET0 R ET6
U ET5 = Kavance U ET5 ZR Z1
U ET6 = KRetroceso
LLAMADAS A FUNCIONES Para realizar la llamada a funciones tenemos la orden CC. Por ejemplo para llamar a la función FC3, una vez que lleguemos a la etapa 15: U ET15 CC FC3 S ET16 R ET15
SALTOS Para realizar saltos dentro del programa, utilizaremos SPB: U ET41 SPB Hola
Hola: U ET48 U “pulsador” S ET49 R ET48
TRATAMIENTO DE SEÑALES ANALÓGICAS L PEW 256 T MW 4 L 7000 >=I = A 8.0 <I = A 8.1
TIPOS DE PARADAS 1º PARADA A FIN DE CICLO El pulsador se podrá activar en cualquier momento del ciclo, y el proceso debe continuar hasta que termine el ciclo. El proceso se reinicia con arranque. Crearemos una etapa ET20 en la que estará el GRAFCET normalmente (hay que declararla en el OB100. Al pulsar Bfindeciclo, pasaremos a otra etapa llamada ET21. Si pulsamos arranque, estando en la ET21, volveremos a la ET20. Por otro lado, en la ultima etapa de las transiciones, cuando llama para inicicar el proceso (ET1), debemos de escribir: U ET11 U T8 UN ET21 S ET1 R ET11
2º PARADA Y SITUACIÓN EN POSICIÓN SEGURA El autómata debe hacer que los mecanismos adopten una posición segura. Se inicia con arranque. Le daremos solución mediante una llamada a función. Normalmente estaremos en ET30 (declarada en OB100). Si pulsamos Bparadapossegura, pasamos a ET31. en ET31 se llama a la función FC1. U ET31 CC F1 S ET32 (continuando con el proceso a posición segura) R ET31
La función FC1, quedará: L DW#16#0 T MW0
3º PARADA TOTAL CON CONGELACIÓN Se puede pulsar en cualquier momento, desactivando todas las salidas y no permite la evolución del GRAFCET. Se inicia con rearme. En este caso normalmente estaremos en una etapa ET40, declarada en el OB100. Si pulsamos Bcongela, pasaremos a la ET41. En esta etapa llamaremos a la función FC2: U ET40 U Bcongela S ET41 R ET40
U ET41 CC FC2
L DW#16#0 T AW8
Al principio del GRAFCET escribiremos: U ET41 SPB salto . Salto: U ET40 U Bcongela S ET41 R ET40
4º PARADA TOTAL CON REPOSICIÓN MANUAL Se pulsa en cualquier momento. Se desactivan todas las salidas. Si se pulsa rearme la maquina funcionará manual. Para funcionamiento automático hay que pulsar arranque. En este caso desactivamos de nuevo las salidas y hacemos una secuencia lineal de los pasos restantes.
EJEMPLO PARA ARRANQUE ESTRELLA TRIANGULO Se presenta la trascripción del GRAFCET para el arranque estrella-triangulo, con una parada, ya sea por parada manual o por disparo del térmico. OB100L DW#16#0 T DW0 T AW8
SET = ET0 = ET10
OB1U ET0 U Bmarcha S ET1 R ET0
U ET1 U T1 S ET2 R ET1
U ET10 U ( O Bparo O Ftermico ) S ET11 R ET10 U ET11 CC FC1
U ET11 S ET0 S ET10 R ET11
U ET1 L S5T#10s SE T1
O ET1 O ET2 = K1M
U ET1 = K3M
U ET2 = K2M
FC1L DW#16#0 T MW0
SET =ET11
ROBOTICA Vamos a desarrollar el modulo de robótica mediante el robot SCORBOT-V. El lenguaje de programación que utiliza es el ACL (Lenguaje de Control Avanzado). El robot tiene cinco articulaciones que proporcionan cinco grados de libertad. 1º COMANDOS DE CONTROL DE EJES MOVE: Mueve el Robot a la posición especificada, mientras tanto ejecuta el siguiente comando. MOVED: Mueve el Robot a la posición especificada, continuando con el próximo comando cuando el robot haya alcanzado la posición. MOVELD: Mueve el Robot a la posición especificada, por una trayectoria lineal, continuando con el próximo comando cuando el robot haya alcanzado la posición. OPEN: Abre la pinza hasta el fin de su movimiento. CLOSE: Cierra la pinza.
2º COMANDOS DE CONTROL DE PROGRAMA Y TIEMPO REAL DEFP pos: Crea (define) una posición. DIMP vec: Define un vector de n posiciones. SETP pos2=pos1: Copia el valor de la posición pos1 a la posición pos2. SHIFTC pos BY val coord.: Cambia el valor de una posición, asignando un nuevo valor, en coordenadas cartesianas, al eje especificado.
3º COMANDOS DE MANIPULACIÓN Y DEFINICIÓN DE VARIABLES DEFINE: Crea (define) variables locales.
4º COMANDOS DE FLUJO DE PROGRAMA IF var1 cond var2: Comprueba la relación condicional. ELSE: Sigue a IF y precede a ENDIF. ENDIF: Indica el fin de IF. FOR var=var1 TO var2: Comando Bucle. Ejecuta el contenido entre FOR y ENDFOR, para todos los valores de la variable. ENDFOR: Fin del bucle FOR. LABEL n: Etiqueta para el uso de saltos incondicionales por medio de GOTO. GOTO n: Ejecuta un salto incondicional hasta el LABEL indicado. GOSUB prog: Ejecuta un programa como una subrutina.
5º COMANDOS DE CONTROL I/O SET OUT [n]= estado: Fija el estado de la salida a 0 o 1. WAIT IN [n]= estado: Suspende la ejecución hasta que se cumpla la condición. Para la programación del robot en primer lugar plantearemos un diagrama de bloques (con sus líneas de flujo). Una vez especificado este se implementará en lenguaje ACL, comenzando por la declaración de las variables y posiciones. Un aspecto importante a tener en cuenta el la relación con otros robots o instrumentos (sensores, autómatas, etc), para ello tenemos los protocolos de comunicación. Para ello podemos hacer que el autómata ponga una salida a 1 ó 0 (SET OUT [1]=1), o hacer que se detenga hasta que detecte en su entrada un uno o cero (WAIT IN [3]=1). Otro dato a tener en cuenta es que los desplazamientos y giros se expresan en décimas de milímetro y en décimas de grado. EJEMPLOS DE CODIGO ROBOT DEFINIR VARIABLES POSICIÓN DEFP AC DEFP ACAUX
DEFINIR VARIABLES NUMÉRICAS DEFINE CONT DEFINE I,J
DEFINIR VECTOR DIMP CAJA[6]
MODIFICA POSICIONES STEP ACAUX=AC SHIFTC ACAUX BY Z 3000
INICIO CONTADOR SET CONT=0
MOVIMIENTO SPEED 50 MOVED ACAUX OPEN MOVELD AC 100 CLOSE MOVELD ACAUX MOVECD P1
PROTOCOLO COMUNICACIÓN SET OUT[1]=1 WAIT IN [1]=1 SET OUT[1]=0
CONDICIONES IF . . ELSE . . ENDIF
BUCLE FOR I=1 TO 3 . . END FOR
SALTOS EN EL PROGRAMA GOTO 1 . . LABEL1
LLAMADA SUBPROGRAMA GOSUB PROGRAMA
BUCLE PARA CAJA SET PRIM = CAJA FOR I = 1 TO 2 SETP PRIMAUX = PRIM FOR J = 1 TO 4 SETP CAJA [I*4-4+J] = PRIMAUX SHIFTC PRIMAUX BY X 3000 END FOR SHIFTC PRIM BY Y 2000 ENDFOR
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