Automatismos industriales Juan Carlos Martín, María Pilar García
A C I N Ó R T C E L E Y D A D I C I R T C E L E
ÍNDICE Pág. UNIDAD DIDÁCTICA 1: ENVOLVENTES ENVOLVENTES Y CUADROS ELÉCTRICOS ...................... 4 ESTUDIO DEL CASO PAG 7 .............................. ............................... ........................ 4 ACTIVIDADES PAG 15 15 .............................. .............................. ............................. ..... 5 ACTIVIDADES PAG 19 19 .............................. .............................. ............................. ..... 5 ACTIVIDADES FINALES FINALES PAG 32 .............................. ............................... ................. 5 ACTIVIDADES FINALES-ENTRA FINALES-ENTRA EN INTERNET INTERNET PAG. 33............................. 33 ............................. .......... 7 UNIDAD DIDÁCTICA 2: MECANIZADO DE CUADROS ELÉCTRICOS .................... 10 ESTUDIO DEL CASO PAG 41 ............................. .............................. ...................... 10 ACTIVIDADES PROPUESTAS PROPUESTAS PAG 45......................................................... 45............................ ............................. .......... 11 ACTIVIDADES FINALES FINALES PAG 64 .............................. ............................... ............... 11 ACTIVIDADES FINALES FINALES - ENTRA EN INTERNET INTERNET PAG 65........................... 65 ........................... ......... 14 UNIDAD DIDÁCTICA DIDÁCTICA 3: PROTECCION DE LAS INSTALACIONE INSTALACIONES S ....... .............. .............. ........... .... 15 ESTUDIO DEL CASO PAG 71 ............................ .............................. ...................... 15 ACTIVIDADES PAG 77 77 .............................. .............................. ............................. ... 17 ACTIVIDADES PAG 81 81 .............................. .............................. ............................. ... 18 ACTIVIDADES FINALES FINALES PAG. 92 ............................. ............................... ............... 18 ACTIVIDADES FINALES FINALES - ENTRA EN INTERNET INTERNET PAG. 93 ............................... ... 27 UNIDAD DIDÁCTICA 4: MOTORES MOTORES ELÉCTRICOS ELÉCTRICOS ....... ............... ............... .............. ............... ............... .............. .......28 28 ESTUDIO DEL CASO PAG 103 ............................... ............................... ................ 28 ACTIVIDADES PAG 107 .......................... .............................. ............................. ... 30 ACTIVIDADES PAG 113 ........................... .............................. ............................. ... 30 ACTIVIDADES PAG 115 .......................... .............................. ............................. ... 31 ACTIVIDADES FINALES FINALES PAG 122 ........................... ............................... ............... 31 ACTIVIDADES FINALESFINALES- ENTRA EN INTERNET INTERNET PAG 123............................... 123 ............................... ... 40 UNIDAD DIDÁCTICA 5: AUTOMATISMOS AUTOMATISMOS INDUSTRIALES CABLEADOS............. CABLEADOS...... ....... 42 ESTUDIO DEL CASO PAG 135 ............................... ............................... ................ 42 ACTIVIDADES PÁG. 153 153 ........................... .............................. ............................. ... 43 ACTIVIDADES FINALES FINALES PAG 154 ........................... ............................... ............... 44 ACTIVIDADES FINALES-ENTRA FINALES-ENTRA EN INTERNET INTERNET PAG 155........................... 155 ........................... ........ 48 UNIDAD DIDÁCTICA 6: ESQUEMAS Y CIRCUITOS BÁSICOS................................ BÁSICOS............... ................. 50 ESTUDIO DEL CASO PAG 163 ............................... ............................... ................ 50 ACTIVIDADES PAG 180 .......................... .............................. ............................. ... 51 ACTIVIDADES PAG 181 ........................... .............................. ............................. ... 51
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ÍNDICE Pág. UNIDAD DIDÁCTICA 1: ENVOLVENTES ENVOLVENTES Y CUADROS ELÉCTRICOS ...................... 4 ESTUDIO DEL CASO PAG 7 .............................. ............................... ........................ 4 ACTIVIDADES PAG 15 15 .............................. .............................. ............................. ..... 5 ACTIVIDADES PAG 19 19 .............................. .............................. ............................. ..... 5 ACTIVIDADES FINALES FINALES PAG 32 .............................. ............................... ................. 5 ACTIVIDADES FINALES-ENTRA FINALES-ENTRA EN INTERNET INTERNET PAG. 33............................. 33 ............................. .......... 7 UNIDAD DIDÁCTICA 2: MECANIZADO DE CUADROS ELÉCTRICOS .................... 10 ESTUDIO DEL CASO PAG 41 ............................. .............................. ...................... 10 ACTIVIDADES PROPUESTAS PROPUESTAS PAG 45......................................................... 45............................ ............................. .......... 11 ACTIVIDADES FINALES FINALES PAG 64 .............................. ............................... ............... 11 ACTIVIDADES FINALES FINALES - ENTRA EN INTERNET INTERNET PAG 65........................... 65 ........................... ......... 14 UNIDAD DIDÁCTICA DIDÁCTICA 3: PROTECCION DE LAS INSTALACIONE INSTALACIONES S ....... .............. .............. ........... .... 15 ESTUDIO DEL CASO PAG 71 ............................ .............................. ...................... 15 ACTIVIDADES PAG 77 77 .............................. .............................. ............................. ... 17 ACTIVIDADES PAG 81 81 .............................. .............................. ............................. ... 18 ACTIVIDADES FINALES FINALES PAG. 92 ............................. ............................... ............... 18 ACTIVIDADES FINALES FINALES - ENTRA EN INTERNET INTERNET PAG. 93 ............................... ... 27 UNIDAD DIDÁCTICA 4: MOTORES MOTORES ELÉCTRICOS ELÉCTRICOS ....... ............... ............... .............. ............... ............... .............. .......28 28 ESTUDIO DEL CASO PAG 103 ............................... ............................... ................ 28 ACTIVIDADES PAG 107 .......................... .............................. ............................. ... 30 ACTIVIDADES PAG 113 ........................... .............................. ............................. ... 30 ACTIVIDADES PAG 115 .......................... .............................. ............................. ... 31 ACTIVIDADES FINALES FINALES PAG 122 ........................... ............................... ............... 31 ACTIVIDADES FINALESFINALES- ENTRA EN INTERNET INTERNET PAG 123............................... 123 ............................... ... 40 UNIDAD DIDÁCTICA 5: AUTOMATISMOS AUTOMATISMOS INDUSTRIALES CABLEADOS............. CABLEADOS...... ....... 42 ESTUDIO DEL CASO PAG 135 ............................... ............................... ................ 42 ACTIVIDADES PÁG. 153 153 ........................... .............................. ............................. ... 43 ACTIVIDADES FINALES FINALES PAG 154 ........................... ............................... ............... 44 ACTIVIDADES FINALES-ENTRA FINALES-ENTRA EN INTERNET INTERNET PAG 155........................... 155 ........................... ........ 48 UNIDAD DIDÁCTICA 6: ESQUEMAS Y CIRCUITOS BÁSICOS................................ BÁSICOS............... ................. 50 ESTUDIO DEL CASO PAG 163 ............................... ............................... ................ 50 ACTIVIDADES PAG 180 .......................... .............................. ............................. ... 51 ACTIVIDADES PAG 181 ........................... .............................. ............................. ... 51
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ACTIVIDADES FINALES FINALES PÁG 182 ........................... ............................... ............... 52 ACTIVIDADES FINALES FINALES -ENTRA EN INTERNET INTERNET PÁG 185............................... 185 ............................... ... 67 UNIDAD DIDÁCTICA 7: ARRANQUE Y VARIACIÓN DE VELOCIDAD EN MOTORES ........................................................... ............................. ........................................................... ........................................................... .............................................. ................ 69 ESTUDIO DEL CASO PAG 195 ............................... ............................... ................ 69 ACTIVIDADES PAG 207 ........................... .............................. ............................. ... 71 ACTIVIDADES PAG 214 214 ............................ .............................. ............................. ... 71 ACTIVIDADES PAG 217 ........................... .............................. ............................. ... 71 ACTIVIDADES FINALES FINALES PAG 220 ........................... ............................... ............... 74 ACTIVIDADES FINALES-ENTRA FINALES-ENTRA EN INTERNET INTERNET PAG 223........................... 223 ........................... ........ 82 UNIDAD DIDÁCTICA 8: REPRESENTACIÓN AVANZADA DE ESQUEMAS............ 84 ESTUDIO DEL CASO PAG 231 ............................... ............................... ................ 84 ACTIVIDADES PAG 243 243 ............................ .............................. ............................. ... 84 ACTIVIDADES FINALES FINALES PAG 244 ........................... ............................... ............... 84 ACTIVIDADES FINALES FINALES –ENTRA EN INTERNET INTERNET PAG 244 ............................... . 100 UNIDAD DIDÁCTICA 9: EL AUTÓMATA PROGRAMABLE .................................... .......................... .......... 101 ESTUDIO DEL CASO PAG 257 ............................... ............................... .............. 101 ACTIVIDADES PAG 259 ........................... .............................. ............................. . 103 ACTIVIDADES PAG 278 278 ............................ .............................. ............................. . 104 ACTIVIDADES FINALES FINALES PAG 280 ........................... ............................... ............. 105 ACTIVIDADES FINALES-ENTRA FINALES-ENTRA EN INTERNET PAG 281 ............................ ...... 110 UNIDAD DIDÁCTICA DIDÁCTICA 10: PROGRAMACIÓN PROGRAMACIÓN DE AUTÓMATAS AUTÓMATAS ....... .............. .............. ............... ........111 111 ESTUDIO DEL CASO PAG 287 ............................... ............................... .............. 111 ACTIVIDADES PAG 294 294 ............................ .............................. ............................. . 112 ACTIVIDADES PAG 295 295 ............................ .............................. ............................. . 112 ACTIVIDADES PAG 306 306 ............................ .............................. ............................. . 113 ACTIVIDADES FINALES FINALES PAG 308 ........................... ............................... ............. 115 ACTIVIDADES FINALES-ENTRA FINALES-ENTRA EN INTERNET PAG 309........................... 309 ........................... ...... 127 UNIDAD DIDÁCTICA 11: DISPOSITIVOS DISPOSITIVOS DE SEGURIDAD............................... SEGURIDAD .................................... ..... 133 ESTUDIO DEL CASO PAG 315 ............................... ............................... .............. 133 ACTIVIDADES FINALES FINALES PAG. 334 .......................... ............................... ............. 134 ACTIVIDADES FINALES-ENTRA FINALES-ENTRA EN INTERNET INTERNET PAG 335............................ 335 ............................ ...... 142
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UNIDAD DIDÁCTICA 1: ENVOLVENTES Y CUADROS ELÉCTRICOS ESTUDIO DEL CASO PAG 7 1. ¿Para qué crees que sirve un cuadro eléctrico? Un cuadro eléctrico sirve para poner en envolvente el cableado y la aparamenta destinada a tareas de protección, distribución y control eléctrico. Además, los cuadros eléctricos evitan que las personas y animales entren en contacto con los dispositivos que están en su interior y evitan que, en ambientes industriales, los agentes externos como polvo, humedad, etc. puedan deteriorarlos. 2. ¿Qué diferencias crees que pueden existir entre los cuadros eléctricos de una vivienda y los montados en ambiente industrial? En lo básico tienen la misma función, sin embargo los de tipo industrial son mucho más robustos, ya que tienen que trabajar en situaciones ambientales extremas, y suelen ser de grandes dimensiones. 3. ¿Cuáles son las aplicaciones típicas de los cuadros eléctricos? Principalmente suelen utilizarse como cuadros de distribución o como cuadros de máquinas o de automatismos. 4. ¿Qué utilidad tiene la placa del fondo de un armario eléctrico? Es la parte del cuadro eléctrico en el que se ubica, de diferentes formas, la aparamenta eléctrica y los elementos de cableado y fijación. 5. ¿Qué relación existe entre la armadura y el revestimiento? La armadura es el esqueleto del cuadro eléctrico. Sobre ella se fija el revestimiento que permite tapar y ocultar lo que hay en su interior. 6. ¿Para qué se utiliza un bornero (conjunto de bornes)? Para la salida y entrada de cables en el cuadro eléctrico. 7. Explica el concepto de compartimentación de un cuadro eléctrico. Es la operación de separar las diferentes unidades funcionales de un cuadro eléctrico. Está normalizada y puede ser de cuatro tipos. 8. ¿Crees que tiene alguna importancia que un cuadro eléctrico esté bien climatizado? Es de gran importancia conseguir la temperatura idónea en el interior de un cuadro eléctrico, ya que permite que los dispositivos de su interior trabajen en condiciones ambientales óptimas, evitando así el deterioro o funcionamiento anómalo de los mismos. 9. Nombra los elementos característicos utilizados para la entrada de cables en los cuadros eléctricos. • •
Entrada por tubos a través de prensaestopas y racores. Entrada desde canaletas o bandejas a través de piezas de unión.
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ACTIVIDADES PAG 15 10. Fíjate en tres cuadros eléctricos de tu entorno (vivienda, aula-taller, pasillos del centro en el que estudias, la calle, etc.) y anota en tu cuaderno de trabajo lo siguiente: a) La ubicación en la que se encuentra. Di si está en la entrada, en la pared, en un cuarto específico, sobre un soporte, etc. b) El tipo de material constructivo de la envolvente. Di si es de material de plástico o metálico. c) El tipo de montaje funcional. Si es de tipo compacto o modular separado en diferentes unidades funcionales. d) La posible aplicación del mismo (es pronto para que lo sepas, pero intenta deducirlo). Si es de distribución o para un automatismo e) Nombra algún detalle que te haya llamado la atención sobre su aspecto constructivo y elementos auxiliares. Entrada de cables, aparatos que hay en su puerta, elementos externos, etc. ACTIVIDADES PAG 19 11. Prepara un cable flexible de 1,5 mm2 para conectar en él un terminal tipo de horquilla o Faston. Sigue las pautas marcadas en la Práctica Profesional de esta unidad. ACTIVIDADES FINALES PAG 32 1. Utilizando los catálogos comerciales y sus tarifas, elabora un presupuesto, en las mejores condiciones económicas, de un armario de dos unidades funcionales, el cual estará apoyado sobre el suelo, dispondrá de un sistema trifásico de barras y estará ventilado de forma forzada. No debes tener en cuenta los dispositivos eléctricos que en su momento irán alojados en su interior. Las dimensiones estarán entorno a los 2 metros de altura y 1m de ancho de cada unidad funcional. Todos los fabricantes de cuadros eléctricos disponen de tarifas actualizadas de sus productos. Algunas de las que se pueden consultar para realizar esta actividad son las de Himel, Merlin Gerin, Legrand, Siemens, Ide, etc. 2. Revisa las tablas de la sección Mundo Técnico y di qué significan los siguientes grados de protección IP IK: a. IP20 IK02 b. IP32 IK02 c. IP68 IK07 d. IP10 IK05 e. IP33 IK01 Para realizar esta actividad se debe consultar la tabla que aparece en la página 38, sección Mundo Técnico, del libro del alumno. 5
Protección contra cuerpos sólidos
Protección contra líquidos
Protección contra choques
IP20 IK02
Superiores a 12, 5 mm (Dedos de la mano)
Sin protección
0,20 julios
IP32 IK02
Superiores a 2,5 mm (Herramientas tornillos)
Caídas de agua hasta 15º en vertical
0,20 julios
IP68 IK07
Totalmente protegido contra el polvo
Efectos prolongados de inmersión
2 julios
IP10 IK05
Cuerpos sólidos de 50 mm (contactos involuntarios de la mano)
Sin protección
0,7 julios
IP33 IK01
Superiores a 2,5 mm (Herramientas tornillos)
Protegido contra el aguad de lluvia hasta 60º de la vertical.
0,15 julios
3. En catálogos que has utilizado en actividades anteriores, localiza el código
IP-IK de algunas de las envolventes.
Observa cuál es el motivo por el que algunos cuadros eléctricos pueden disponer de diferentes códigos IP-IK. Los fabricantes suelen indicar en sus catálogos los códigos de los grados de Protección IP-IK de sus envolventes. En algunos casos, dichos códigos suelen variar para un mismo producto en función de los diferentes accesorios (tapas, juntas estancas, etc.) utilizados para su acabado final en la entrada de cables y fijación de aparamenta eléctrica en el exterior. 4. Ojea los catálogos y enumera los diferentes sistemas de fijación de los dispositivos eléctricos dentro de la envolvente. ¿Cuál de ellos es el más utilizado? El carril DIN normalizado es el elemento más utilizado para fijar la aparamenta en el interior de los cuadros eléctricos. 5. ¿Cuáles son los sistemas mayoritariamente utilizados para la entrada y salida de cables de los cuadros eléctricos? Dependiendo del lugar de instalación del cuadro eléctrico, la entrada y salida de cables más utilizada es la basada en tubos o, en canaletas o bandejas. 6. Dibuja un croquis con la topología de la instalación de cuadros eléctricos necesaria para el taller de reparación de vehículos propuesto en el caso práctico inicial, sabiendo que se deben electrificar las siguientes estancias y máquinas: • Túnel de lavado (*). • Sala de pintura • Elevadores de vehículos (*) • Puente grúa (*) • Taller de chapa (*) • Alumbrado general • Fuerza general para tomas de corriente • Fuerza y alumbrado de las oficinas y almacén. Se debe instalar un cuadro general a la entrada del taller. Lo marcado con asterisco (*) dispondrá de cuadros de automatismos. 6
Esquema de la topología de la instalación de los cuadros eléctricos del caso práctico inicial.
ACTIVIDADES FINALES-ENTRA EN INTERNET PAG. 33 7. Consigue en papel, o en formato electrónico, los catálogos y tarifas de tres fabricantes de envolventes y cuadros eléctricos. Para ello puedes ayudarte de las siguientes páginas web: a. www.legrand.es b. www.schneiderelectric.es c. www.himel.es d. www.pinazo.com e. www.delvalle.es f. www.squadraelectric.es Nota: si alguno de estos enlaces no funciona, prueba introducir el nombre de la empresa en una buscador de página web. En la actualidad todos los fabricantes (incluidos los nombrados en el libro del alumno), disponen de catálogos en formato electrónico. La mayoría de ellos son simplemente documentos en formato PDF de sus catálogos en papel. Otros aportan herramientas on-line para la búsqueda por referencias o tipos de productos, mostrando características y hojas técnicas, además de sus precios PVP. 8. Entra en la web de algún fabricante de envolventes y descarga el software de diseño de cuadros eléctricos que dispongan de forma gratuita. Instálalo en un ordenador y, siguiendo las pautas marcadas por tu profesor, prueba sus posibilidades. Estos son algunos de los programas para el diseño de cuadros eléctricos. Algunos de ellos son gratuitos, pero es necesario conseguirlos a través de los representantes de zona de cada una de las marcas.
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Software SISPlus Ecobat DMBWin XL PRO2 Simaris
Empresa Schneider Electric Schneider Electric ABB Legrand Siemens
9. Busca las diferentes soluciones que dan los fabricantes para la instalación de interruptores de caja moldeada en los cuadros eléctricos. Los interruptores de caja moldeada tienen gran presencia en cuadros de distribución eléctrica de potencia. Todos los fabricantes de material eléctrico disponen en sus catálogos de interruptores de este tipo, cuya instalación no está tan estandarizada como la de la aparamenta de protección para raíl DIN normalizado. Para su montaje e instalación en la envolvente, se deben seguir cuidadosamente las instrucciones facilitadas por el fabricante.
Detalle de la instalación de un interruptor de caja moldeada en un cuadro eléctrico (Merlin Gerin)
10. Busca información de los sistemas electrónicos utilizados para medir la temperatura en el interior de un cuadro eléctrico. ¿Crees que tienen utilidad? Las cámaras termográficas permiten visualizar los puntos críticos de calor en los cuadros eléctricos, pudiéndose prever posibles averías. Muchos fabricantes de instrumentación eléctrica y electrónica (como Fluke) dispone de este tipo de comprobadores en sus actuales catálogos.
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Cámara termométrica ( Fluxe)
11. Elabora una lista de al menos 15 fabricantes de envolventes y accesorios para los cuadros eléctricos. 1. Legrand 2. Himel 3. ABB 4. Telemecanique 5. Merlin Gerin 6. Cave Electro 7. IDE - I DIVISIÓN ELÉCTRICA, S.A. 8. Unex 9. GE 10. ETI 11. Terasaki 12. SAREL 13. Rittal 14. Ilme 15. Panduit
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UNIDAD DIDÁCTICA 2: MECANIZADO DE CUADROS ELÉCTRICOS ESTUDIO DEL CASO PAG 41 1. ¿Qué herramientas existen en el mercado (eléctricas y manuales) para cortar superficies metálicas? Tijeras manuales y eléctricas Cizalla Sierra manual Sierra eléctrica de calar Roedoras
• • • • •
2. Habrás visto que en el mercado existen numerosos tipos de brocas ¿crees que todas sirven para el taladrado de todo tipo de materiales? ¿Cuáles conoces tú? La broca utilizada en el taladrado siempre tiene que ser adecuada en material, forma y tamaño, al material que se está trabajando, ya que en caso contrario, o será incapaz taladrar el material, o lo hará de forma incorrecta. Algunos de los tipos más habituales son: Brocas para madera Brocas para metales Brocas para muros y paredes (Widia) • • •
3. ¿Qué tipos de brocas son más adecuadas para el mecanizado del cuadro de obra propuesto? Las brocas para taladrar metales. 4. ¿Cómo fijarías la aparamenta de corte y protección del fondo del cuadro? • •
Fijar los raíles al fondo del cuadro por medio de remachado. Fijar la aparamenta sobre los raíles.
5. ¿Qué herramienta utilizarías para realizar los orificios para los pilotos de señalización en la puerta del cuadro? Corona Punzonadora En ambos casos es necesario utilizar una broca guía. • •
6. ¿Y para realizar el orificio cuadrangular para el amperímetro? Sierra de calar. Roedora Punzonadora con matriz cuadrangular.
• • •
7. ¿Cuál es la herramienta ideal para medir con precisión el diámetro de los elementos circulares? El calibre o pie de rey y si se requiere mayor precisión en la medida, el micrómetro. 8. En el cuadro de obra propuesto, ¿qué importancia tiene realizar todos los orificios con la máxima precisión posible? 10
• •
•
Que los elementos encajen perfectamente en su posición. Que estéticamente, todos los elementos queden correctamente alineados y distribuidos. Que no queden huecos ya que se perdería el grado de protección IP de la envolvente.
9. Si hay que realizar un orificio en un lateral del cuadro, ¿qué herramienta utilizarías para evitar que la broca patine? Marcar el punto de taladrado con el granete.
ACTIVIDADES PROPUESTAS PAG 45 1. Busca en internet los diferentes modelos de granetes y puntas de trazar existentes en el mercado. Diferentes tipos de puntas de trazar:
2. Busca en internet si todos los nonios son del mismo tamaño y el mismo número de divisiones. ¿Qué importancia tiene esto en la medida? Todos los nonios no tienen el mismo número de divisiones. El número de divisiones que presente el nonio determina la precisión del instrumento, según la siguiente expresión: Precisión =1/Nº de divisiones
Por lo tanto, cuantas más divisiones tenga el nonio más precisa será la medida. Cuando se realiza una medida se multiplica el número de divisiones tomadas en el nonio por la precisión calculada para cada una de ellas. ACTIVIDADES FINALES PAG 64 1. Realiza el montaje de la Práctica Profesional que aparece al final de esta unidad.
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Antes de empezar a trabajar sobre el montaje de la Práctica Profesional, es necesario leer detenidamente las fichas de seguridad que se encuentran al final del libro del alumno. Una vez hecho esto, se recopilara todo el material y se seguirán los pasos de montaje indicados en el Desarrollo. 2. Elige un cuadro metálico tipo cofre y mecaniza su puerta para alojar diferentes aparatos eléctricos según se muestra en la figura. Utiliza las diferentes herramientas y técnicas que has estudiado en esta unidad. Ten en cuenta las pautas que se marcan en las fichas de seguridad que tienes al final del libro, sobre el uso adecuado de las herramientas.
El cuadrado debe tener las dimensiones de un aparato de medida para cuadro (amperímetro, voltímetro, etc.). • Los cinco orificios pequeños estarán destinados a alojar pulsadores, lámparas de señalización, interruptores rotativos, etc. • Los dos orificios de gran tamaño se utilizarán para colocar bases de enchufe industriales. El de la izquierda para una toma monofásica y el de la derecha para una trifásica.
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No te preocupes si aún no sabes para qué sirven algunos de los aparatos aquí nombrados. Solamente toma sus medidas para realizar los orificios adecuadamente. Esta actividad tiene un importante trabajo de mecanizado, por tanto se hace necesario, antes de empezar, leer detenidamente las fichas de seguridad que se encuentran al final del libro del alumno. Para la realización de las diferentes técnicas de mecanizado, se deben seguir las pautas indicadas entre la página 54 y la 63 del libro del alumno. 2. Mecaniza el fondo del cuadro de la actividad anterior para colocar en él la
canaleta y los perfiles sobre los raíles normalizados. El montaje es similar al visto en la actividad de la Práctica Profesional de esta unidad. En este caso el montaje se hace sobre un fondo de cuadro metálico.
Como bien dice el enunciado de esta actividad, el montaje y las técnicas de mecanizado son similares a las utilizadas en la Práctica Profesional de esta unidad. La gran diferencia radica en utilizar un fondo de cuadro metálico en lugar de un panel de pruebas. Por tanto, las herramientas, especialmente las brocas, deben estar destinadas a mecanizar dicho elemento. 4. Mecaniza la placa ciega del cuadro de las actividades anteriores, para fijar en él tres prensaestopas para las salidas de cables. Para el mecanizado de los orificios de salida de cables, se deben tener en cuenta las pautas indicadas en el libro del alumno sobre cómo utilizar las diferentes herramientas destinadas a este fin. Para facilitar las tareas de mecanizado, es importante fijar la placa ciega en un tornillo de banco.
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ACTIVIDADES FINALES - ENTRA EN INTERNET PAG 65 5. Busca en internet los diferentes tipos de punzonadoras que existen en el mercado. Los tipos de punzonadoras pueden ser de tipo manual, manual-hidráulica y eléctrica-hidráulica. 6. Localiza información sobre qué es un botador y para qué se utiliza. ¿Crees que es de utilidad en el mecanizado de cuadros eléctricos? Su aspecto similar al del granete, sin embargo su punta es plana. Se utiliza en carpintería para ocultar en la madera las cabezas de los clavos. Por tanto, no tiene demasiada utilidad en el mecanizado de cuadros eléctricos. 7. Haz lo mismo para la herramienta denominada micrómetro. El micrómetro es un instrumento para realizar medidas de precisión. Aunque se utiliza principalmente por técnicos de mecanizado y ajuste, tiene numerosas aplicaciones para el técnico electricista, especialmente para medir con precisión el diámetro de los conductores y cables en operaciones de bobinado de máquinas eléctricas (motores, transformadores, etc.). En el ámbito del mecanizado de cuadros eléctricos, sus aplicaciones son escasas, ya que la mayoría de las operaciones de medida no requieren dicha precisión.
Botador
Micrómetro
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UNIDAD DIDÁCTICA 3: PROTECCION DE LAS INSTALACIONES ESTUDIO DEL CASO PAG 71 1. ¿Por qué crees que es necesario proteger una instalación eléctrica? Y, ¿contra qué tendríamos que protegerla? Hacer ver al alumno que es necesario proteger las instalaciones eléctricas porque en el caso de que se produzca un fallo o una anomalía en su funcionamiento, se pueden ocasionar numerosos daños: • •
Daños contra las personas: quemaduras, electrocución e incluso muerte. Daños contra las instalaciones: destrucción de material, incendios, mal funcionamiento de los equipos, parada de los equipos (parada de un proceso productivo en caso de encontrarnos en una fábrica), etc.
Hay que proteger una instalación eléctrica contra: •
•
•
Intensidades más elevadas de la normal (sobreintensidades), que pueden llegar a quemar los conductores y por lo tanto las instalaciones. Defectos de aislamiento en los conductores y/o conexiones sueltas, que pueden provocar que una parte de la instalación, o del equipo en cuestión, que en condiciones normales no está sometido a tensión, ahora se encuentre en tensión como consecuencia de un contacto accidental. Efectos producidos por las tensiones más elevadas que la de la red (sobretensiones), que pueden llegar a destruir los equipos y las instalaciones. Estas sobretensiones pueden ser originadas por defectos en la red de distribución, por conexión de grandes motores en las cercanías de nuestra instalación, incluso por el efecto de la caída de rayos sobre la línea que nos alimenta.
2. Probablemente hayas oído hablar del interruptor automático ¿para qué crees que sirve? Y los PIA´s, ¿son lo mismo que el interruptor automático? ¿Y el ICP? El interruptor automático es un dispositivo de protección contra sobreintensidades. Comúnmente se le denomina “el automático”, y técnicamente el interruptor magnetotérmico. Tiene dos modos de funcionamiento asociados a dos disparadores, respectivamente: •
•
Disparador térmico: Desconecta la instalación cuando se ha producido una sobreintensidad de pequeño valor. Disparador magnético. Desconecta la instalación cuando se ha producido una sobreintensidad de gran valor. Es mucho más rápido que el disparador térmico.
Seguramente el alumno, en lo poco que lleva de curso, o en su vida cotidiana, haya oído el término PIA. Estas siglas, corresponden a las iniciales de Pequeño Interruptor Automático. Asimismo ICP, corresponde a Interruptor de Control de Potencia.
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Físicamente, y en cuanto a su funcionamiento, los tres dispositivos son prácticamente iguales. Se hace una distinción entre ellos atendiendo a la función que realizan sobre la instalación: •
•
•
Interruptor automático: Protege a toda la instalación instalación o a una gran gran parte de ella (si ésta es muy compleja) contra valores de intensidad elevados. PIA: Protege solamente a uno de los circuitos de la instalación, instalación, por eso suele ser de valores nominales inferiores a los del interruptor automático. ICP: Lo instala la compañía suministradora de energía energía eléctrica, eléctrica, y su función es, comprobar en todo momento, que el abonado no consume más potencia de la que tiene contratada en su tarifa.
ICP
Interruptor Automático
PIA para cada circuito
3. ¿El “diferencial” realiza la misma función que el “automático”? Entonces, si colocamos uno de ellos ¿es necesario que coloquemos también el otro? El término diferencial hace referencia al dispositivo de protección contra corrientes de fuga denominado interruptor diferencial. El interruptor diferencial protege contra aquellas corrientes que se “pierden” a través de fallos de aislamiento de los conductores o de conexiones que no están correctamente realizadas (derivaciones). Si estas corrientes no son detectadas, podrían llegar a circular por una persona y ocasionarle graves daños. Por lo tanto, Interruptor automático e interruptor diferencial no realizan la misma función de protección dentro del circuito, y es necesario colocar los dos en cualquier instalación para estar completamente completamente protegidos. 4. Seguro que alguna vez has oído a alguien que una subida de tensión le quemó el ordenador. Imagínate el trastorno que causaría esto a cualquier empresa ¿Hay alguna manera de evitarlo? Animar a los a que los alumnos cuenten experiencias experiencias propias respecto a este problema, bien que les hayan ocurrido a ellos, o que hayan oído a terceras personas. Después se puede hablar de los dispositivos de protección contra sobretensiones. Son aquellos dispositivos que tratan de mantener la tensión en la instalación, o
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bien en el equipo que protegen, prácticamente constante, con el fin de evitar daños.
5. ¿Cuál sería el esquema unifilar de los diferentes circuitos que forman la instalación eléctrica de la imprenta?
Esquema unifilar del cuadro de protección de la imprenta
ACTIVIDADES PAG 77 1. Enumera todas las causas que que se te ocurran de por qué se puede producir un defecto de aislamiento. • • •
•
•
Deterioro mecánico de los aislantes aislantes de los los cables cables durante durante la instalación. instalación. Acumulación de polvo, que puede ser un elemento conductor. Envejecimiento Envejecimiento o disminución de las características de los cables, que pueden pueden ser debidos a: i. Clima extremo. ii. Número excesivo de cables cables en las canalizaciones canalizaciones.. iii. Armarios mal ventilados. iv. Armónicos. v. Sobreintensidades. Esfuerzos electrodinámicos electrodinámicos desarrollados desarrollados durante un cortocircuito que pueden dañar un cable o disminuir la distancia de aislamiento. Sobretensiones Sobretensiones de maniobra o de rayo.
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ACTIVIDADES PAG 81 2. Un circuito está protegido por un fusible de intensidad nominal 6 A. Teniendo en cuenta las gráficas de la figura 3.17, determina el tiempo en que abrirá el circuito para una intensidad de cortocircuito de 6 A, de 15 A y de 30A. •
•
Buscamos la curva que representa el fusible de intensidad nominal 6 A, que es la de color violeta. Buscamos en el eje de las X “Corriente de de cortocircuito cortocircuito prevista” prevista” los valores correspondientes a la intensidad de cortocircuito y vemos en qué punto se corta con la curva del fusible:
o
o
o
Para 6 A (color verde) vemos que no se cortan nunca, lo que quiere decir que el fusible no se fundiría nunca, lo que es razonable, ya que es el valor de la intensidad que circulará en condiciones normales por la instalación. Para 15 A (color (color rojo), se corta en un valor aproximado aproximado de 2 101=20 segundos. Se trata de una sobreintensidad pequeña (2,5 veces la intensidad nominal), nominal), y el fusible todavía aguanta un tiempo sin fundirse. Para 30 A (color azul), azul), se corta aproximadamente aproximadamente en 7 10-1= 0,7 segundos. En este caso la sobreintensidad es de 5 veces la intensidad nominal, y puede apreciarse que el fusible se funde mucho más rápido. ⋅
⋅
ACTIVIDADES FINALES PAG. 92 1. En el esquema de la figura siguiente, estudia la colocación del interruptor diferencial. ¿Es correcta? Describe que ocurriría en caso de que se produjese una corriente de defecto a través de la carcasa de la instalación receptora.
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En el esquema de la figura 3.44 del libro del alumno, el conductor de protección y el neutro son uno solo. A este esquema se le denomina esquema TN-C. El interruptor diferencial detecta diferencia entre las corrientes de ida a la instalación y las de vuelta. Si ambas corrientes no son iguales, es porque se ha “perdido” parte por el camino, lo que indicaría claramente que se tiene un defecto de aislamiento. En este caso, si se produce una corriente de defecto hacia la carcasa de la instalación (por ejemplo 0,5 A), esta circulará a través del conductor de protección, hasta llegar al conductor PEN. La suma de intensidades netas en el diferencial son 10 A de alimentación al receptor (5A + 5A) en un sentido, y 10 A de vuelta en sentido contrario (9,5 A + 0,5 A). De este modo, el diferencial es incapaz de detectar ninguna corriente de fuga, ya que a través de él vuelve a circular el total de la intensidad.
Por lo tanto, la colocación de este interruptor diferencial es incorrecta, no sirve absolutamente para nada. En la ITC-24 del RBT indica que en el caso de esquemas TN-C no podrán utilizarse dispositivos de protección diferencial. 2. En el siguiente esquema se representan las intensidades de cortocircuito previstas en una instalación. Teniendo en cuenta el poder de corte de cada uno de los interruptores automáticos, ¿se cumplen los principios de filiación?, ¿qué propones para mejorar el diseño de la instalación?
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La filiación es la técnica que permite instalar en un circuito un interruptor automático con poder de corte menor al de la corriente de cortocircuito prevista para el mismo, siempre que “aguas arriba” haya otro interruptor con un poder de corte superior a esta intensidad de cortocircuito. En el circuito de la figura no se está haciendo uso de esta técnica, ya que todos los interruptores automáticos instalados tienen un poder de corte superior a la corriente de cortocircuito prevista. Esto origina un encarecimiento de la instalación. Como el interruptor general tiene un poder de corte superior a la corriente de cortocircuito total (suma de los dos circuitos) es posible colocar “aguas abajo” interruptores con un poder de corte menor.
3. Consulta la tabla mostrada en la figura 3.36. En caso de que se produzca un defecto en el motor ¿qué ocurrirá? ¿es esto lo más adecuado? En caso contrario propón alguna medida para corregirlo.
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La selectividad en una instalación consiste en que, en caso de un fallo en una parte de la misma, solamente actúe el elemento de protección inmediatamente superior, quedando los demás en servicio, lo que permitiría que el resto de la instalación siguiese funcionando en condiciones normales. La tabla mostrada en la figura 3.36 es una tabla ofrecida por un fabricante de interruptores automáticos que indica si existe selectividad entre los distintos dispositivos de su gama de productos. Si la intersección entre ambos productos está sombreada, indica que si hay selectividad entre ellos, en caso contrario no la hay.
En este caso no hay selectividad, por lo que en caso de que se produzca un defecto en el motor actuarían los dos interruptores, dejando toda la instalación sin servicio. Para corregir esto habrá que mover la intersección entre ambos dispositivos hacia la zona sombreada, existiendo dos opciones: •
•
Sustituir el interruptor automático que protege el motor por otro de intensidad nominal 6 A, siempre que sea suficiente para la intensidad que consume el motor. Sustituir el interruptor automático “aguas arriba” por otro de 25 A, aumentando el coste de la instalación pero ganando en disponibilidad.
4. Supón una instalación donde los receptores son motores. En el momento del arranque presentan intensidades elevadas, del orden de 4 veces la intensidad nominal. Si tuvieras que elegir un interruptor automático para protegerla, consultando el apartado de mundo técnico, ¿qué tipo de curva te parece más apropiada?, ¿por qué? Para analizar la conveniencia de uno u otro tipo de curva, se traza la vertical por el valor de 4 veces la intensidad nominal y se estudia qué sucede con el tiempo de disparo del interruptor automático, llegando a las siguientes conclusiones: •
•
El tipo de curva ICP solamente se utiliza para el Interruptor de control de potencia. Para este tipo de instalación (sobreintensidad inicial de 4 veces la intensidad nominal), el interruptor automático con tipo de curva B, detecta el fallo y desconecta el circuito en un tiempo comprendido entre 0,1 y 15 segundos. El tiempo inferior es muy bajo, y no daría tiempo a arrancar el motor, con lo cual, cada vez que conectáramos la instalación dispararía el automático, y esto no nos interesa. 21
•
•
Con un interruptor con tipo de curva C el tiempo de disparo está comprendido entre 3 y 15 segundos. Este tipo de curva sería “aceptable” Con un interruptor con tipo de curva D el tiempo de disparo está comprendido entre 5 y 20 segundos. Es el mayor de todos los disponibles, con lo que se permitiría el periodo de arranque de los motores. Por lo tanto este es el tipo de curva más adecuado.
5. Teniendo en cuenta las curvas representadas en el apartado “Mundo Técnico”, y para un interruptor automático que sigue la curva C, indica cuánto tiempo, como máximo, tardará en desconectar el circuito en caso de que se produzca una sobreintensidad de valor: a) 3 veces la intensidad nominal del circuito. b) 8 veces la intensidad nominal del circuito. c) 15 veces la intensidad nominal del circuito. Para calcular el tiempo de desconexión se procede de igual manera que en el ejercicio anterior, trazando la vertical por el valor de la sobreintensidad y buscando la intersección con la curva de disparo. Como solamente se pide el tiempo máximo, solo se busca la intersección con la línea superior.
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Como se puede ver en la figura: •
•
•
Para una sobreintensidad de 3 veces la intensidad nominal (color rojo) el tiempo máximo de desconexión es 30 segundos. Para una sobreintensidad de 8 veces la intensidad nominal (color azul) el tiempo máximo de desconexión es algo menos de 4 segundos. Para una intensidad de 15 veces la intensidad nominal (color amarillo) el tiempo máximo de desconexión es de 0,01 segundos.
Se puede apreciar que a medida que el valor de la sobreintensidad aumenta, el tiempo de desconexión disminuye apreciablemente, lo que hace del interruptor automático un excelente dispositivo de protección.
6. Realiza la actividad propuesta en el apartado «Práctica Profesional» de esta unidad. Completa la actividad con la práctica profesional 2. Utilizando el panel de pruebas y los materiales indicados en las prácticas profesionales de esta unidad, el alumno debe montar el cuadro de protección y distribución propuesto para el caso práctico inicial. Para su montaje y comprobación se deben seguir detalladamente los pasos mostrados en el desarrollo de las fichas que aparecen en las páginas de la 94 a la 99 del libro del alumno. Con esta actividad se pretende que el alumno monte los dispositivos de protección de un cuadro eléctrico, a la vez que los identifica en un esquema eléctrico. 7. Dibuja los esquemas multifilar y unifilar de un cuadro de protección para dos líneas trifásicas generales (una de fuerza y otra de alumbrado). La línea de fuerza se divide «Aguas abajo» en una línea de salida trifásica con neutro y 2 líneas monofásicas. La de alumbrado en tres líneas monofásicas. La protección general debe ser magnetotérmica y diferencial. Las líneas secundarias también deben disponer de ambos tipos de protección. Para las líneas de salida de tercer nivel, tanto de fuerza como de alumbrado, solamente se requiere protección magnetotérmica.
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Esquema multifilar
Esquema unifilar
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8. Dibuja los esquemas multifilar y unifilar de un “cuadro de obra” cuyas características son las siguientes: a. La red de alimentación es trifásica con neutro a 400V. b. La red de alimentación es trifásica con neutro a 400V c. Debe disponer de un interruptor general. d. Debe disponer de una sola línea para el alumbrado de la obra a 230V. e. La alimentación del motor trifásico de la hormigonera se hace directamente desde el cuadro mediante bornes para raíl DIN. f. Una línea de fuerza está destinada a la toma industrial trifásica que se ha ubicado en la puerta del armario. g. La toma monofásica de 230V también pertenece a la línea de fuerza. h. Debe existir una línea trifásica auxiliar destinada a otros usos. i. Se debe instalar un conmutador voltimétrico y un voltímetro para la comprobación de tensión entre fases a la entrada del cuadro. j. Tres amperímetros deben marcar la corriente consumida en cada una de las fases de la instalación.
Esquema multifilar
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Esquema unifilar
9. Utilizando el panel de prueba, monta los elementos necesarios para el montaje del cuadro de obra de la actividad anterior. Realiza el cableado y comprueba su funcionamiento siguiendo los pasos vistos en la práctica profesional. Para el circuito de fuerza utilizar cable de 4 mm 2 y para el de alumbrado de 2,5 mm2 La ubicación de los elementos en el panel de pruebas puede ser la siguiente:
Ubicación de los elementos en panel de pruebas
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Los instrumentos de medida pueden no estar instalados en el raíl DIN. También se pueden utilizar instrumentación portátil o de cuadro.
ACTIVIDADES FINALES - ENTRA EN INTERNET PAG. 93 10. Busca catálogos de diversos fabricantes de fusibles y haz un listado con las intensidades nominales disponibles (calibre). ¿Coinciden en todos los casos? ¿Por qué crees que será? En la mayoría de los casos deberían de coincidir los valores de intensidades nominales disponibles, disponibles, ya que se trata de valores normalizados. normalizados.
11. Existen en el mercado dispositivos de protección magnética y diferencial con reconexión automática. Busca información acerca de estos dispositivos: utilidades, ventajas, tipos que existen, etc y realiza un pequeño trabajo con imágenes. Como ejemplo de trabajo puede ser el documento adjunto: “Dispositivos “Dispositivos de protección con reconexión automática.doc”
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UNIDAD DIDÁCTICA 4: MOTORES ELÉCTRICOS ESTUDIO DEL CASO PAG 103 1. ¿Qué diferencia hay entre corriente continua y corriente alterna? Sin entrar en detalles técnicos y matemáticos, se puede decir que: La corriente continua es el flujo continuo de electrones entre dos puntos de un circuito eléctrico con diferente potencial, en el que las cargas eléctricas circulan siempre en el mismo sentido. Sin embargo, la corriente alterna cambia en magnitud y sentido un determinado número de veces por unidad de tiempo. La corriente continua se representa como una línea recta y la corriente alterna como una sinusoide.
Representación gráfica de la corriente continua y de la corriente alterna
2. ¿Tienes claros los conceptos de conexión serie y conexión paralelo? Pon un ejemplo. Es importante que el alumno tenga claros los conceptos de asociación de elementos eléctricos en serie y en paralelo, ya que en esta unidad y las próximas, se realizarán constantemente conexiones de este tipo entre devanados, contactos, y todo tipo de dispositivos que intervienen en los automatismos industriales. Un ejemplo clásico es el uso de lámparas (o interruptores) para mostrar dichas conexiones.
Diferentes ejemplos de conexión entre lámparas
3. ¿Para qué te puede servir el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión (REBT) en este caso? El REBT sirve para elegir el tipo de arranque de un motor eléctrico en función de la potencia del mismo. 4. Localiza las instrucciones del REBT relacionadas con el arranque de motores. ¿Cuáles son? La ITC-BT-47 del Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión establece los requerimientos para la instalación de motores eléctricos.
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5. ¿Qué implica que un motor disponga de más potencia que otro? A grosso modo se puede decir que a mayor potencia, mayor es la carga mecánica que el motor puede “mover” acoplada a su eje. Cuanto mayor es esta potencia, también lo es el consumo energético del motor, y por lo tanto la intensidad que absorbe de la red. 6. ¿Crees que se podría instalar un motor de menos potencia para mover la cinta transportadora? Si la cinta transportadora funcionara a plena carga, el motor no podría con ella y por tanto, o bien se pararía o bien se calentaría en exceso con riesgo de destrucción de sus devanados. 7. ¿Crees que todos los motores sirven para los dos tipos de corriente (alterna y continua)? No, los motores que están diseñados para un tipo de corriente no funcionan en el otro. Como excepción se puede nombrar el denominado Motor Universal que funciona tanto en corriente alterna como en corriente continua. Es de baja potencia y se suele montar en pequeños electrodomésticos y máquinas herramientas. Su estudio se sale de los objetivos del libro del alumno y por tanto no se nombra en esta unidad. 8. ¿Qué dispositivos de protección, de los que conoces hasta el momento, utilizarías para proteger motores de corriente continua?, ¿y para proteger los de corriente alterna? En ambos tipo de circuitos, para proteger contra sobrecargas y cortocircuitos se utilizan fusibles e interruptores magnetotérmicos. Lo mismo ocurre para proteger contra sobretensiones. La protección contra contactos indirectos y defectos de aislamiento en corriente continua, debe hacerse con interruptores diferenciales especialmente diseñados para este fin. Estos son como los de corriente alterna, pero en su interior dispone de un circuito que detecta la componente continua. 9. ¿Por dónde acoplarías el motor a la cinta trasportadora? Por su eje a través de un sistema de transmisión mecánico. 10. Como el motor que se va a instalar en la máquina de envasado requiere el mínimo mantenimiento ¿Qué tipo elegirías, uno de corriente continua o uno de alterna? Los motores que menos mantenimiento requieren son los de corriente alterna con rotor en jaula de ardilla. Al no disponer de sistemas de escobillas, ni colectores de delgas o de anillos rozantes para alimentar el devanado del rotor, no hay desgaste mecánico de piezas.
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ACTIVIDADES PAG 107
1. Utilizando un motor didáctico monofásico, realiza las conexiones necesarias para que el motor arranque. Conecta el conjunto a la red eléctrica y observa el sentido de giro de la máquina. 2. Desconecta la máquina de la red y permuta permuta las conexiones de uno uno de los devanados. Aliméntalo de nuevo y comprueba visualmente que el motor gira en sentido contrario. Respuestas a las 2 actividades: Generalmente los motores monofásicos no disponen de conexión externa individual para los devanados de trabajo y arranque. Por tanto, para realizar estas actividades, es necesario utilizar un motor de tipo didáctico (como el AL106 de Alecop o similar). similar). Las cajas de bornes de los motores didácticos permiten conexionar de forma individual los dos devanados y el condensador.
Caja de bornes de motor monofásico didáctico AL 106 de Alecop
Conexión para giro en un sentido
Conexión para invertir el sentido de giro
ACTIVIDADES PAG 113 3. Antes de continuar, realiza el montaje de la ficha «Arranque manual de un motor trifásico mediante conmutador rotativo» y comprueba lo que ocurre con la corriente en el momento del arranque.
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Los objetivos de esta Práctica Profesional son: realizar el montaje y cableado de circuito necesario para arrancar, de forma manual, un motor trifásico con rotor en jaula de ardilla y comprobar que ocurre con la corriente en el momento del arranque. Al accionar el interruptor rotativo de levas, el motor arranca produciéndose un pico de corriente que es apreciable en el amperímetro. También se observa como dicha corriente disminuye y se mantiene en un valor inferior a la del arranque, una vez que el motor ha conseguido su velocidad nominal. Para observar el “pico” de corriente en el momento del arranque, es necesario que se accione el interruptor con el motor completamente completamente parado.
ACTIVIDADES PAG 115 4.
Antes de continuar, realiza el montaje de la ficha «Arranque manual de un motor trifásico mediante conmutador estrella triángulo», que encontraras al final de esta unidad. Comprueba lo que ocurre con la corriente en el momento del arranque y saca conclusiones respecto a lo que has observado en la actividad anterior. Los objetivos de esta Práctica son los mismos que el de la actividad anterior. En este caso el arranque se realiza mediante un interruptor estrella-triángulo. estrella-triángulo. Al pasar de la posición de paro (0) a estrella (Y), el amperímetro indicará la corriente del arranque, que debe ser muy inferior a la del arranque directo. Al pasar el conmutador de estrella a triángulo, el amperímetro marcará la corriente nominal del motor, que será incluso superior la observada en la posición de estrella.
ACTIVIDADES FINALES PAG 122 Dibuja el esquema en una ficha de trabajo, elige los aparatos necesarios, monta sobre un panel de entrenamiento y prueba los siguientes circuitos, teniendo en cuenta las pautas indicadas en las fichas «Práctica Profesional». 1. Arranque de un motor monofásico de inducción con interruptor rotativo de levas. El esquema para realizar el arranque de este motor es el mostrado en la figura 4.22 de esta unidad. Como dispositivo de protección contra sobrecargas y cortocircuitos, cortocircuitos, se puede utilizar dos fusibles o bien bien un interruptor magnetotérmico magnetotérmico bipolar.
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Ubicación de los elementos en el panel de pruebas
2. Basándote en la actividad anterior, realiza la inversión del sentido de giro del motor monofásico de inducción, con interruptor rotativo inversor. Ten en cuenta que para poder realizar esta actividad, debes disponer de un motor monofásico, cuyos devanados (tanto el de arranque como el de trabajo) estén conectados a su caja de bornes. El esquema de conexión es el siguiente:
Esquema ce conexión de los conmutadores
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Este esquema presenta un gran inconveniente y es que el si se cierra el interruptor general S1 el motor arranca en un sentido. Sin embargo, si el motor están en marcha y se actúa sobre el conmutador S2, el motor NO invierte el sentido de giro salvo si se para mediante S1 y se vuelve a arrancar. Es decir, que este montaje requiere un orden de actuación determinado sobre los conmutadores de levas, para que el motor arranque e invierta el sentido de giro correctamente. Por otro lado, si se utiliza un conmutador inversor con posición intermedia 0, y en el momento de accionar S1 se encuentra en dicha posición, solamente se alimentará el devanado de trabajo, dejando sin conectar el devanado de arranque. Esta situación puede producir que el primer devanado se destruya de forma irremediable. La solución ideal para dicho arranque es utilizar un conmutador de tres posiciones y 4 vías de dos circuitos. Con él se conectan y desconectan los dos devanados a la vez y se invierte el sentido de giro en el momento del arranque.
Conmutador que sería necesario para hacer la inversión del motor monofásico correctamente
Es necesario utilizar un conmutador inversor que se fijará junto al interruptor general montado en la actividad anterior. Los dos devanados del motor deben conectarse a cuatro bornes del regletero de salidas del panel de pruebas. El condensador del motor se conecta en serie con el devanado de arranque (U2V2)
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Ubicación de los elementos en el panel de pruebas
3. Arranque de un motor trifásico, con rotor en cortocircuito, con interruptor rotativo de levas (ficha «Práctica Profesional 1»)
Los objetivos de esta Práctica Profesional son: realizar el montaje y cableado de circuito necesario para arrancar, de forma manual, un motor trifásico con rotor en jaula de ardilla y comprobar que ocurre con la corriente en el momento del arranque. Al accionar el interruptor rotativo de levas, el motor arranca produciéndose un pico de corriente que es apreciable en el amperímetro. También se observa como dicha corriente disminuye y se mantiene en un valor inferior a la del arranque, una vez que el motor ha conseguido su velocidad nominal. Para observar el “pico” de corriente en el momento del arranque, es necesario que se accione el interruptor con el motor completamente parado. 4. Sobre la actividad anterior, realiza la inversión del sentido de giro del motor mediante conmutador rotativo inversor.
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Inversión del sentido de giro de un motor trifásico con conmutador inversor de levas
En este circuito se podría prescindir perfectamente del conmutador tripolar de levas, ya que el conmutador inversor dispone de posición central que permite desconectar la alimentación del motor.
5. Arranque de un motor trifásico de rotor cortocircuito con conmutador estrella-triángulo (ficha «Práctica Profesional 2» y Caso Práctico Introductorio).
Los objetivos de esta Práctica Profesional son: realizar el montaje y cableado de circuito necesario para arrancar, de forma manual, un motor trifásico con rotor en jaula de ardilla mediante un interruptor estrella-triángulo y comprobar que ocurre con la corriente en el momento del arranque. Al pasar de la posición de paro (0) a estrella (Y), el amperímetro indicará la corriente del arranque, que debe ser muy inferior a la del arranque directo. Al pasar el conmutador de estrella a triángulo, el amperímetro marcará la corriente nominal del motor, que será incluso superior la observada en la posición de estrella. Uno de los errores que suelen cometer los alumnos en este montaje, es que no respetan el orden de los 6 cables de salida del conmutador estrella/triángulo a los 6 bornes de la caja de bornes del motor. Esto hace que se produzcan un fallo característico: Que el motor arranque perfectamente en estrella, pero al pasar a triángulo se quede en dos fases o que incluso se pare. En este montaje puede ser conveniente que el profesor provoque este fallo para que los alumnos lo localicen.
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6. Basándote en la actividad anterior, conecta un conmutador inversor para realizar la inversión del sentido de giro del motor trifásico. Dicho conmutador debe conectarse «aguas arriba» respecto al conmutador estrella-triángulo. Teniendo en cuenta la misión que tiene el arranque estrella/triángulo, ¿crees que es adecuado poner el conmutador inversor en este circuito?, razona la respuesta.
En este circuito es necesario respetar el orden de actuación de los dos conmutadores de levas. Primero se elige el sentido de giro de con el conmutador inversor y después se arranca el motor con la secuencia estrella/triángulo. Si se desea cambiar el sentido de giro, es necesario parar el motor con ambos conmutadores y seguir el mismo orden de accionamiento para el otro sentido de giro. Es decir, que una vez que el motor está funcionando en condiciones normales (después del arranque en estrella y luego en triángulo) no se puede cambiar el sentido de giro con el conmutador inversor, ya que se produciría el “pico” de corriente que se pretende evitar mediante el conmutador Estrella/Triángulo. 36
7. Arranque directo de un motor de corriente continua en su configuración serie. Conecta un amperímetro en serie con la alimentación del motor para observar lo que ocurre en el momento del arranque. De igual forma que los motores de corriente alterna, este motor produce un “pico” de corriente en el momento del arranque que se observa perfectamente en el amperímetro. Ya que el arranque es directo, es importante elegir para esta prueba un motor de baja potencia.
Arranque directo de un motor “serie”
8. Sobre la actividad anterior, conecta un reóstato en serie con los devanados del motor. Pon el dial de este reóstato a diferentes valores y observa qué ocurre con la corriente en el momento del arranque.
Arranque directo de un motor “shunt”
El reóstato de arranque se conecta en serie con el grupo de los devanados, que a su vez también están entre ellos en conexión serie. 37
Si el reóstato está a máxima resistencia antes de accionar el interruptor, se observa como el “pico” de corriente en el momento de arranque se amortigua considerablemente. Por tanto, con este montaje es posible arrancar progresivamente el motor, actuado sobre el reóstato, para evitar la sobrecorriente de la puesta en marcha. 9. Basándote en la actividad anterior, monta un conmutador rotativo inversor, para invertir el sentido de giro de motor.
El esquema del montaje es el siguiente:
Esquema de conexión para invertir el sentido de giro de un motor serie
Para que un motor serie invierta su sentido de giro, se debe invertir el sentido de corriente en solo uno de sus devanados, manteniendo el del otro. En el esquema de la figura se muestra como el conmutador inversor se encarga de invertir el sentido de la corriente en el devanado inductor. El reóstato se debe utilizar de igual forma que las actividades anteriores para amortiguar la sobrecorriente en el momento del arranque. Es conveniente conectar un amperímetro para comprobar en todo momento que ocurre con la corriente consumida por el motor. Como conmutador inversor es necesario utilizar uno de dos vías y dos circuitos con posición central en 0 (el del esquema), o de dos vías 3 circuitos dejando uno (el del medio) sin conectar.
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La ubicación de los elementos puede ser la siguiente:
Montaje para la inversión del sentido de giro de un motor serie
10. Realiza las tres últimas actividades para un motor shunt. Se debe seguir el mismo protocolo de actuación y comprobación que el indicado para el motor Shunt. Arranque directo:
Arranque directo de un motor Shunt
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Arranque mediante reóstato de un motor Shunt:
Arranque del motor shunt mediante reóstato
El circuito para la inversión del sentido de giro de este tipo de motor es el mostrado en la figura 4.56 del libro del alumno. El montaje sobre el panel de pruebas debe hacerse utilizando los mismos elementos que para la inversión del sentido de giro del motor serie. ACTIVIDADES FINALES- ENTRA EN INTERNET PAG 123 11. Utilizando un buscador web, localiza los siguientes documentos y descárgalos: a. Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión b. Instrucciones técnicas complementarias del REBT c. Guía técnica de aplicación del REBT Desde la Web del autor del libro del alumno y de esta guía se pueden descargar los documentos: http://olmo.pntic.mec.es/jmarti50/rebt/index.htm Además, para mayor comodidad y mejora en cuanto al aspecto visual, Editex dispone de ejemplares del REBT, puedes ver la ficha del libro en http://www.editex.es/catalogo/catalogo.aspx?IdLibro=224&IdEtapa=6. Junto con el libro se facilita un CD de Recursos con información adicional: enlaces a páginas web, legislación sobre seguridad y riesgo eléctrico, Normas UNE y la Guía técnica de aplicación al Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión, aprobada por la Dirección General de Política Tecnológica.
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12. Localiza en internet (o en los documentos anteriormente descargados) las Instrucciones de Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión que estén relacionadas con el arranque de motores eléctricos. La instrucción relacionada con el arranque de motores es la ITC-BT-47 13. Busca y descarga al menos tres catálogos de motores eléctricos de diferentes fabricantes. Son fabricantes de motores eléctricos Simens, ABB, Lenze, General Electric, etc. 14. Localiza catálogos de diferentes fabricantes de interruptores y conmutadores de potencia destinados al arranque de motores eléctricos de forma manual. Estudia sus hojas de características. Los fabricantes nombrados en la pregunta anterior disponen también de aparamenta para el arranque de motores. También se pueden consultar páginas de Allen Bradley, Telemecanique, 15. Busca, en páginas web de fabricantes de material eléctrico, los precios de los elementos necesarios para realizar la actividad de la «Práctica profesional 2» que se encuentra al final de esta unidad. Elabora el presupuesto estimado necesario para realizar este montaje Cualquiera de los fabricantes nombrados anteriormente dispone de tarifas actualizadas para poder elaborar dicho presupuesto.
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UNIDAD DIDÁCTICA 5: AUTOMATISMOS INDUSTRIALES CABLEADOS ESTUDIO DEL CASO PAG 135 1. Realiza un croquis que represente el esquema del caso descrito en la situación de partida.
Representación esquemática de la instalación que se desea automatizar
2. Realiza otro esquema de bloques con la que podría ser la posible solución para el control remoto del motor.
Posible solución para el control remoto del motor
3. Busca en internet, o en un catálogo en papel, cuales son los elementos que se podrían adaptar para controlar el motor de forma remota. Enuméralos si hay más de uno. Contactores y relés 4. ¿Cuáles son las principales diferencias que encuentras entre el interruptor trifásico nombrado y un contactor? Con ambos se pude arrancar el motor trifásico, la gran diferencia radica en que con el primero se hace de forma manual y con el segundo de forma remota a través de un circuito de automatismos. 42
5. ¿Crees que el contactor es el dispositivo buscado en este caso práctico? Si, es el elemento que se está buscando para gestionar de forma remota el motor propuesto en el caso práctico inicial del libro del alumno. 6. ¿A qué elemento del contactor estaría conectado el interruptor de la cuarta planta? Este interruptor sería el encargado de alimentar la bobina del contactor. 7. Si fuera necesario activar el motor dentro de un horario ¿Cuál sería el dispositivo a utilizar junto con el contactor? Un reloj eléctrico o interruptor horario.
ACTIVIDADES PÁG. 153 1. Busca en internet catálogo de temporizadores y relojes humanos. Redacta una breve descripción de su funcionamiento y diseña un esquema de conexión. Temporizadores
Además de los temporizadores a la conexión y a la desconexión, los fabricantes disponen en sus catálogos de los temporizadores denominados Multifunción. En ellos, con una simple configuración (normalmente basada en microrruptores), se puede elegir el modo de funcionamiento del temporizador.
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Esquema de funcionamiento de un temporizador multifunción (Cortesía de Finder)
Relojes horarios Cuando es importante ajustar el disparo de un reloj al horario de la zona en la que se instala, se debe elegir los denominados Relojes Astronómicos, que permiten el mando de cualquier elemento en función del día y de la noche, así como de un horario, siguiendo un calendario diario, semanal, estacional, anual o personalizado. La conexión de su bobina y contactos asociados es idéntica a la vista para los relojes analógicos o digitales estudiados en el libro del alumno.
Reloj astronómico de AFEISA programable mediante Wi‐Fi
T
ACTIVIDADES FINALES PAG 154 1. Realizar la actividad propuesta en la Práctica Profesional de esta unidad. ¿Qué ventajas observas en este circuito respecto al arranque directo de un motor trifásico mediante un interruptor de potencia tripolar que hiciste en la unidad anterior? Inconvenientes del circuito de la unidad anterior: •
•
Es necesario actuar manualmente de forma directa sobre el circuito de potencia que alimenta el motor, a través del interruptor trifásico. Para evitar caídas de tensión y que los cables (de gran sección) que alimentan el motor sean excesivamente largos, el interruptor de potencia debe estar lo más cerca que sea posible del motor.
Ventajas del circuito basado en contactor: •
•
•
No es necesario actuar directamente sobre el circuito de potencia que alimenta el motor. Para evitar caídas de tensión y que los cables (de gran sección) que alimentan el motor sean excesivamente largos, el contactor debe estar lo más cerca que sea posible del motor, sin embargo, el elemento de mando que alimenta la bobina que controla la apertura y cierre de los contactos de potencia del contactor, puede estar ubicada en un lugar diferente del que se encuentre el motor. En este caso el cableado que alimenta dicha bobina, es de una sección muy reducida (1,5mm 2), ya que el consumo de corriente es mínimo. La alimentación de la bobina del contactor se puede hacer mediante un circuito de automatismos que no requiera la intervención del usuario. Por ejemplo: Control diferido o programado. 44
2. En la actividad anterior, sustituye el interruptor por un detector fotoeléctrico de 2 hilos, tipo réflex o de proximidad, que admita una conexión a 230Vca. Prueba su funcionamiento. Enumera al menos tres aplicaciones de la vida real, en las que utilizarías un sensor de este tipo para realizar una tarea de automatización.
Conexión de un detector fotoeléctrico para el arranque del motor trifásico
Aplicaciones de los detectores fotoeléctricos: Control de puertas de ascensores Control de vehículos en la entrada de aparcamientos Cintas transportadoras en cajas de supermercados Contabilizar las personas que entrar en un centro comercial, etc. • • • •
3. Conecta un final de carrera, normalmente cerrado, en serie con el interruptor de la actividad anterior y prueba que función realiza en el circuito. Realiza un esquema detallado del conjunto y sigue las pautas de montaje y puesta en marcha indicadas en la Práctica Profesional.
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El final de carrera que aparece representado en la figura 5.45 del libro del alumno, tiene como misión desconectar el circuito que alimenta la bobina cuando el móvil que arrastra el motor lo toca. En este caso, siempre que esté accionado dicho final de carrera es imposible poner en marcha de nuevo el motor. Por tanto, se hace necesario liberarlo manualmente.
4. Utilizando un relé industrial o un contactor de mando, realiza el montaje del siguiente esquema. El interruptor se encarga de gestionar la alimentación del relé y los contactos de éste, uno abierto y otro cerrado, controlan el encendido y apagado respectivamente de dos lámparas de raíl. Para realizar esta actividad, utiliza el panel de pruebas, y la aparamenta coincidente, de la Práctica Profesional.
En este circuito cuando se activa S1, la bobina del relé se excita y los contactos del mismo cambian de posición. Así, H1 que se encontraba apagada, se enciende y H2 que estaba encendida se apaga.
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5. Sobre la práctica de la actividad anterior, sustituir el relé industrial por un temporizador a la conexión que disponga de dos contactos, uno abierto y otro cerrado, o un contacto conmutado. Una vez montado, y siguiendo las pautas de seguridad indicadas en la ficha de la Práctica profesional, acciona el interruptor y observa que ocurre con las lámparas. Con los mandos de ajuste del temporizador, regula el intervalo de disparo a diferentes tiempos.
En este circuito cuando se activa S1, se alimenta la bobina del temporizador KT1. Si se mantiene esta alimentación, los contactos de KT1 cambian de posición una vez que ha transcurrido el tiempo programado. En este caso H1 se encenderá, ya que estaba apagada en reposo, y H2 se apagará, ya que estaba encendida. Si se interrumpe la alimentación de la bobina KT1 antes de que transcurra el tiempo, el temporizador se pone a 0. 6. En la actividad anterior, sustituye el temporizador a la conexión por uno a la desconexión y observa su funcionamiento. ¿Qué diferencias encuentras? Un temporizador a la conexión (utilizado en la actividad anterior) conmuta sus contactos una vez que ha transcurrido un tiempo. Sin embargo, un temporizador a la desconexión conmuta sus contactos en el momento que se alimenta su bobina y los pone en la posición de reposo una vez que ha transcurrido el tiempo con el que ha sido programado. 7. Sobre el panel de pruebas de la actividad anterior, realiza lo cambios pertinentes para controlar el encendido de las dos lámparas teniendo en cuenta lo siguiente: a) El relé industrial dispone de una bobina que trabaja a 24Vcc b) La acción de activación y desactivación se realiza sobre un sensor de proximidad de tipo inductivo o capacitivo de tres hilos y cuya tensión de trabajo también es de 24Vcc. c) Para la alimentación de ambos elementos, es necesario una fuente de alimentación de 230Vca a 24Vcc d) Las lámparas funcionan con una tensión de 230Vca.
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Una posible ubicación de los elementos en el panel de pruebas es la siguiente:
Ubicación de los elementos para la actividad 7
ACTIVIDADES FINALES-ENTRA EN INTERNET PAG 155
8. Busca en internet catálogos de sensores y actuadores, que no se han tratado en esta unidad, que se pueden utilizar en automatismos industriales. Realiza una lista con al menos seis de esos sensores y actuadores. Redacta una breve descripción de su funcionamiento y para qué se utilizan. Dibuja sus esquemas de conexión.
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En el mercado existen otros tipos de sensores que no se han nombrado en esta unidad ya que tienen aplicaciones muy específicas. Estos son algunos de ellos: Sensores cromáticos, de temperatura, de peso, de viento, de nivel, de caudal, de presión, de posiciones angulares, etc. La mayoría de ellos trabajan con señales analógicas, es decir, continuas en el tiempo, por lo que para poder ser tratadas no sirve con un automatismo cableado, sino que es necesario un dispositivo lógico programable, que pueda actuar de diferentes formas en función del valor que tomen dichas variables. Dentro de los actuadores, podemos encontrar distintos tipos: •
Actuadores eléctricos: motores como los estudiados en el tema 4 (motores CC, motores CA, motores paso a paso, motores sin escobillas)
•
Actuadores neumáticos como los cilindros neumáticos
•
Actuadores electroneumáticos como las electroválvulas
•
Actuadores hidráulicos como los cilindros hidráulicos y motores hidráulicos
Algunos de los fabricantes de este tipo de dispositivos son Siemens, ABB, Allen Bradley, Telemecanique, Omron, Leuze electronic, etc.
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UNIDAD DIDÁCTICA 6: ESQUEMAS Y CIRCUITOS BÁSICOS ESTUDIO DEL CASO PAG 163 1. Estudia el circuito que has utilizado, y montado en unidades anteriores, para el arranque del motor mediante un interruptor trifásico de potencia. Explica el motivo por el que dicho circuito no es adecuado para la instalación descrita en el caso práctico. Ante un corte de tensión el motor deja de funcionar, pero si nadie ha tenido la precaución de cortar el interruptor trifásico de potencia, cuando se restablece la alimentación eléctrica, el motor arranca funcionado con normalidad. 2. Haz lo mismo con el circuito que montaste en la unidad anterior para arrancar el motor trifásico con un interruptor monopolar a través de un contactor, ¿por qué motivos este circuito tampoco sirve para el montaje? El circuito propuesto para la puesta en marcha del motor de la Práctica Profesional de la actividad anterior, presenta el siguiente inconveniente: si se produce un corte de tensión (intencionado o no) en el circuito, el motor deja de funcionar, ya que la bobina del contactor ha dejado de excitarse. De igual forma, cuando se restablece la alimentación eléctrica, si ningún operario se ha percatado de accionar, para abrir, el interruptor monopolar, el contactor se activa nuevamente poniendo en marcha el motor. Este funcionamiento puede ser peligroso para las personas que están en el entorno de la máquina que mueve dicho motor. Lo ideal es que en el restablecimiento de la corriente eléctrica, el motor se encuentre parado y que para su puesta en marcha sea necesario la intervención de un operario. 3. ¿Crees que un circuito con pulsadores de marcha-paro, basado en el uso de la realimentación, es el más adecuado para el control de los motores de la serrería? Efectivamente, el uso de pulsadores de marcha y paro obliga a la intervención a un operario para poner en marcha el motor después de un corte de tensión. 4. ¿Qué diferencias, en cuanto al funcionamiento se refiere, encuentras con el circuito de la pregunta 2? Como en el circuito existe un contacto de realimentación, el funcionamiento del contactor está basado en la excitación de su bobina. Si ésta deja de alimentarse, el contactor pone sus contactos en la posición de reposo y no vuelve a activarlos hasta que la bobina se excite de nuevo mediante la acción del pulsador de marcha. 5. Si fuera necesario arrancar y parar las máquinas desde más de un punto, ¿qué circuito utilizarías? Se conectarían en serie, en el circuito que alimenta la bobina, tantos pulsadores normalmente cerrados como puntos de parada sean necesarios, y tantos pulsadores normalmente abiertos en paralelo como puntos de arranque del las máquinas. La solución a esta propuesta se encuentra en la figura 6.25 del libro del alumno.
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ACTIVIDADES PAG 180 1. Monta sobre el panel de pruebas el circuito para la inversión del sentido de giro de un motor trifásico, mediante pulsadores. El cambio de sentido de giro debe realizarse pasando previamente por paro. Los esquemas de mando y fuerza son los vistos en esta unidad en las figuras 6.32 y 6.37. 2. Sobre el circuito de la actividad anterior, realiza las adaptaciones necesarias para invertir el sentido de giro sin necesidad de pasar previamente por el pulsador de parado. Los esquemas de mando y fuerza son los vistos en esta unidad en las figuras 6.32 y 6.38. Para realizar estas actividades se deben utilizar los esquemas del libro del alumno nombrados en los enunciados. Es importante comprobar que en ambos casos no se produce un cortocircuito, si se acciona el pulsador correspondiente, para invertir el sentido de giro cuando el motor está en funcionamiento. La disposición de los elementos en el panel de pruebas puede ser la siguiente:
Disposición de la aparamenta para realizar las actividades de los inversores
ACTIVIDADES PAG 181 3. Monta y prueba el circuito visto al final de esta unidad para el arranque temporizado de un motor. Con este montaje, que no es de demasiada utilidad práctica, simplemente se pretende comprobar cómo funciona un temporizador en un circuito de mando de un automatismo cableado.
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Ubicación de la aparamenta para el arranque temporizado de un motor
ACTIVIDADES FINALES PÁG 182 1. Realizar la actividad propuesta en la Práctica Profesional 1 de esta unidad. ¿Crees el uso de pulsadores tiene alguna ventaja sobre el uso de un interruptor para activar la bobina del contactor? El uso de pulsadores de marcha y paro, y un contacto de realimentación, obliga a la intervención de un operario para poner en marcha el motor después de un corte de tensión. Esta es la principal ventaja de este circuito respecto al que utiliza un interruptor como elemento de mando. 2. Basándote en el circuito de la actividad 1, realiza el esquema de mando necesario para arrancar el motor desde dos pulsadores de marcha y parar desde dos de paro. Coloca una segunda botonera con los dos nuevos pulsadores en el lado izquierdo del panel de pruebas, realiza el cableado y prueba su funcionamiento. Siguiendo las reglas básicas indicadas en la Unidad 6 del libro del alumno, el segundo pulsador de parada se debe poner en serie con el ya existente y el nuevo pulsador de marcha, en paralelo con el que ya está en el circuito de mando y el contacto de realimentación del contactor.
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Esquema de mando
La ubicación de la segunda botonera puede ser la mostrada en la figura:
Montaje en el panel de pruebas de la segunda botonera
3. Basándote en el montaje de la actividad 1, dibuja los esquemas de fuerza y mando, y monta en el panel de pruebas el circuito necesario para el arranque de dos motores trifásicos con pulsadores de marcha y paro que cumpla la siguientes condiciones: •
El Motor M1 arranca con S1 y M2 con S2.
•
Ambos motores se paran con el mismo pulsador de parada S3.
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•
•
•
Si se dispara el relé térmico de uno de ellos, el otro motor también se para. El funcionamiento de ambos motores debe señalizarse con sendas lámparas. El disparo de cualquiera de los relés debe señalizarse con una sola lámpara.
Esquema de fuerza
Esquema de mando
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4. Realiza la actividad propuesta en la Práctica Profesional 2 de esta unidad. Los esquemas de mando y fuerza para realizar esta práctica profesional son los de las figuras 6.32 y 6.36 del libro del alumno. Los contactores para la inversión del sentido de giro del motor pueden ser individuales o estar acoplados mecánicamente. En ambos casos, los circuitos a utilizar son los mismos. 5. Monta el circuito para controlar el puente grúa de la figura 6.39 de esta unidad. Coloca los finales de carrera sobre el panel de pruebas debajo de la canaleta inferior horizontal. Deja espacio entre ellos para simular el recorrido del carro-motor. El esquema de mando es el de la figura 6.44
El esquema de fuerza es el de la figura 6.32 del libro del alumno. Dicho esquema corresponde con el realizado en la actividad anterior. Si esta actividad se ha hecho en el orden propuesto en la hoja de actividades, no es necesario desmontar el cableado.
Aspecto del montaje completo sobre el panel de pruebas.
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6. En la actividad anterior, sustituye los finales de carrera por detectores de proximidad inductivos. Las características de este circuito son: a) Los detectores de proximidad son de tipo inductivo PNP con alimentación a 24 Vcc. b) Los detectores actúan sobre relés o contactores auxiliares con bobinas a 24 Vcc. c) Para la alimentación del conjunto detector-relé, se utiliza una fuente de alimentación de 24 Vcc. d) Los contactores que invierten el sentido de giro del motor trifásico tienen bobinas de 230 Vca. e) El funcionamiento es el mismo que el de la actividad anterior.
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Los esquemas, tanto de fuerza como de mando, son los mostrados en el enunciado de esta actividad del libro del alumno.
Detalle de conexión de los detectores inductivos tipo PNP a las bobinas de los relés
Panel de pruebas con todos los elementos que intervienen en circuito
7. Realiza un circuito para el arranque de tres motores (M1, M2 y M3) mediante pulsadores (S1, S2, S3 ,S4), cuyo funcionamiento es el siguiente: •
M1 se activa con S1, M2 con S2 y M3 con S3.
•
Todos los motores se paran con S4.
•
•
•
Se debe cumplir que M3 no arranque si no está funcionando M2 y este no lo haga si previamente no lo está M1. Es decir, la activación de los tres motores debe hacerse en «cascada» siguiendo el orden de funcionamiento M1-M2-M3. Cada motor debe estar protegido por su propio relé térmico. La protección magnetotérmica en el circuito de fuerza es única para todos los motores.
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•
Si se dispara alguno de los relés térmicos, paran todos los motores y se enciende una lámpara.
Se pide: a) Dibujar los esquemas de fuerza y mando. b) Elaborar una lista de los materiales necesarios para realizar el montaje. c) Montar y probar el circuito en el panel de pruebas.
Esquema de fuerza
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Esquema de mando
Lista de materiales: Un Interruptor magnetotermico tripolar Un Interruptor magnetotermico bipolar Tres contactores con dos contactos auxiliare NA (Normalmente Abiertos) Tres relés térmicos Un pulsador con contacto NC (parada) Tres pulsadores NA (marcha) Cuatro pilotos señalizadores Tres motores trifásicos con rotor en cortocircuito Dos botoneras para cuatro elementos (o cuatro para dos elementos) Todos los materiales para fijación de elementos y organización del cableado del panel de pruebas. • • • • • • • • • •
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Montaje completo
8. Realiza un circuito para el arranque temporizado de tres motores (M1, M2 y M3). •
•
•
•
•
•
El proceso se inicia con el pulsador de marcha S1, que acciona de forma instantánea el primer motor M1. Después de 5 segundos, arranca el motor M2 Y después de otros 5 segundos, arranca el tercer motor M3 El proceso se puede detener en cualquier momento mediante el pulsador de parada S2. El circuito de fuerza es el mismo que el de la actividad anterior. Si se dispara alguno de los relés térmicos, paran todos los motores y se enciende una lámpara.
Se pide: a) Dibujar el esquema de mando. b) Elaborar una lista de los materiales necesarios para realizar el montaje. c) Montar y probar el circuito en el panel de pruebas. La solución para este circuito de mando puede hacerse de dos formas: utilizando temporizadores electrónicos independientes o usando cámaras de contacto temporizadas acopladas a los contactores principales.
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Tipos de temporizadores que se pueden utilizar en el circuito de mando
Solución 1 con cámaras de contactos temporizadas:
Esquema de mando con temporizadores neumáticos acoplados a los contactores
Solución 2 con temporizadores electrónicos:
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Esquema de mando con temporizadores electrónicos
El uso de lámpara en paralelo a cada una de las bobinas de los contactores es opcional. Lista de materiales: Los mismos materiales que la actividad anterior, más tres temporizadores. •
Montaje completo
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9. Se desea automatizar el mecanismo de una puerta eléctrica. La apertura y cierre se realiza mediante un motor trifásico, controlado por un sistema de inversión de giro basado en contactores. Al accionar el pulsador de marcha, la puerta se abre hasta que se acciona el final de carrera 2. En esa situación debe permanecer 10 segundos, hasta que comienza el proceso de cierre. Cuando la puerta ha cerrado completamente, se acciona el final de carrera 1 y se detiene la secuencia. Si cuando la puerta está cerrando, alguien acciona el pulsador de marcha, se abre de nuevo repitiendo el proceso descrito anteriormente. Se ha dispuesto de un pulsador de parada o seta de emergencia para detener el sistema en cualquier momento. Se pide: a. El esquema de fuerza y mando. b. Lista de los materiales necesarios para el montaje. c. Montar y probar el circuito sobre el panel de entrenamiento.
El esquema de mando es el siguiente: Leyenda: Q1- Interruptor magnetotermico tripolar Q2- Interruptor magnetotermico bipolar F1- Relé térmico KM1- Contactor para abrir puerta KM2- Contactor para cerrar puerta KT1- Temporizador a la conexión S1- Pulsador de marcha (S2- Pulsador de parada S3- Final de carrera para puerta abierta S4- Final de carrera para puerta cerrada H1- Lámpara del relé térmico
Esquema de mando
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Lista de materiales: •
• • •
• • • • • • • •
Todos los materiales del panel de pruebas para fijación de aparamenta y organización del cableado Interruptor magnetotermico tripolar Interruptor magnetotermico bipolar Relé térmico Contactores 1 Temporizador a la conexión 1 Pulsador de marcha de doble cámara de contactos (NA-NC) Pulsador de parada (NC) Final de carrera de doble cámara de contactos (NA-NC) 1 Final de carrera para puerta cerrada (NC) 1 Lámpara piloto 1 botonera para tres elementos
La colocación de los elementos sobre el panel de prueba puede ser la siguiente:
Panel de pruebas para actividad de la puerta automática
10. En el circuito de la puerta automática, sustituye el pulsador de marcha por un detector fotoeléctrico de barrera o tipo refex. Este debe tener la misma función que el pulsador en el circuito. Se pide: a) El esquema de mando. b) Montar y probar el circuito sobre el panel de pruebas.
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El detector fotoeléctrico (B1) debe hacer las mismas funciones en el circuito que el pulsador de marcha. Es necesario utilizar un relé auxiliar. El detector se encarga de alimentar su bobina y dos de sus contactos (uno abierto y otro cerrado) sustituyendo a los del actual pulsador.
Esquema de mando del circuito de la puerta automática con detector fotoeléctrico
11. En una finca se ha instalado un depósito provisional de material de plástico. Se desea llenar dicho depósito, mediante una bomba trifásica sumergible, desde una corriente subterránea de agua. Para controlar el nivel (llenado o vaciado), se han instalado dos detectores capacitivos en sus paredes. Uno para controlar el máximo y otro para el mínimo, el primero se encarga de parar la bomba para evitar que el agua no rebose. El segundo detecta cuándo el depósito está a punto de vaciarse y pone en marcha la bomba para comenzar nuevamente el llenado. Se pide: a) El esquema de fuerza y mando. b) Lista de los materiales necesarios para el montaje. c) Montar y probar el circuito sobre el panel de entrenamiento.
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Esquema de fuerza
Esquema de mando
Leyenda y lista de materiales: • • • • •
Q1 Q2KM1KA1KA2-
Interruptor magnetotermico tripolar Interruptor magnetotermico monopolar Contactor principal Relé auxiliar para dar orden de llenado Relé auxiliar para detener la orden de llenado 66
• • • • • • •
F1S1B1B2H1H2M1-
Relé térmico Interruptor de activación y desactivación del mando Detector inferior Detector superior Lámpara que señaliza el llenado. Lámpara del relé térmico Bomba
El montaje se realizará sobre el panel de pruebas. La comprobación con los detectores se puede hacer al aire (detectando cualquier objeto) o acoplándolos a un recipiente de material de plástico con agua. En este caso, será necesario regular la sensibilidad de los detectores para evitar que se disparen por la detección del propio material del recipiente.
Detectores capacitivos instalados en el cuerpo de un recipiente de de material plástico
ACTIVIDADES FINALES -ENTRA EN INTERNET PÁG 185 12. Busca catálogos de diferentes fabricantes de contactores inversores con enclavamiento mecánico. Todos los fabricantes de material electrotécnico para automatismos disponen de este tipo de contactores: Siemens, Telemecanique, ABB, Allen Bradley, Omron, etc. En sus catálogos dispone de diferentes modelos. 13. Busca esquemas de automatismos representados con la simbología utilizada en EE. UU. ¿Qué diferencias encuentras con las aquí estudiadas? Es importante que el alumno sepa, que a pesar de existir una norma internacional para la representación de esquemas eléctricos de automatismos, algunas zonas del planeta tienen sus propias normas, como ocurre en América del norte. Allí utilizan la simbología ANSI en lugar de la IEC, siendo muy diferente a la utilizada en Europa.
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En esta tabla se muestran las diferencias de algunos símbolos entre las dos normas.
Descripción de los símbolos
Norma IEC (Europea)
Norma ANSI (EEUU)
Contactos Normalmente Abierto (N.A.) potencia y mando Contactos Normalmente Cerrado (N.C.) potencia y mando Contactos temporizados a la conexión Contactos temporizados a la desconexión
Cortacircuitos fusible
Relé de protección térmica
Bobinas en general
Motores
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UNIDAD DIDÁCTICA 7: ARRANQUE Y VARIACIÓN DE VELOCIDAD EN MOTORES ESTUDIO DEL CASO PAG 195 1. Conecta un amperímetro en serie con una de las fases que alimentan un motor trifásico con rotor en cortocircuito. Conecta el motor a la red eléctrica y observa qué ocurre con la corriente en el momento del arranque. Las chapas-puente de la caja de bornes deben estar en la posición adecuada para que la tensión de trabajo del motor sea la misma que la de la red de alimentación tal como se indica en la Unidad 4 (Página 108) del libro del alumno.
Conexión del amperímetro al motor trifásico
Es importante que el arranque se realice siempre a motor parado. 2. Conecta los devanados (inducido e inductor) de un motor de corriente continua en paralelo. En uno de los dos cables que los alimentan, conecta un amperímetro en serie. Conecta el motor a una red eléctrica de corriente continua y observa qué ocurre en el momento del arranque. Los dos devanados deben conectarse en paralelo y el amperímetro en serie con el positivo de la alimentación. De igual forma que la actividad anterior, es importante hacer la comprobación arrancando siempre a motor parado.
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Conexión del amperímetro al motor de Shunt
3. Conecta un motor trifásico de rotor en cortocircuito a una línea de corriente alterna de tensión variable. Con el mando de regulación, modifica la tensión de alimentación del motor entre 150 y 240V. ¿Qué ocurre con la velocidad del motor? ¿Qué conclusiones sacas de esta prueba? Variando la tensión de alimentación de un motor de corriente alterna, no se varía la velocidad de giro de su rotor. Es más, si el motor está en carga y la tensión baja en exceso, el motor se para. 4. ¿Cuál es el circuito de automatismos que permite evitar en todo lo posible los picos de corriente en el momento del arranque del motor? El denominado arranque Estrella-Triángulo, es el que mejor se adapta para evitar la sobrecorriente en el momento del arranque, del motor utilizado en el caso práctico inicial de esta unidad. 5. ¿El uso de un arrancador progresivo sería adecuado para solucionar el problema de la corriente del arranque del motor instalado? Efectivamente, el arrancado progresivo es un dispositivo que permite solucionar los problemas de sobrecorrientes en el momento de arranque de este tipo de motores. En la actualidad están sustituyendo a los arranques convencionales basados en automatismo con contactores. 6. ¿Si el motor es de rotor en jaula de ardilla, crees que se puede utilizar el arranque por resistencias rotóricas? No, este tipo de arranque solamente se puede realizar en motores con rotor bobinado. 7. ¿Cuál sería la forma idónea para regular la velocidad del motor instalado? La forma idónea para regular la velocidad de un motor de corriente alterna con rotor en cortocircuito, es utilizando un variador de frecuencia o variador de velocidad.
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ACTIVIDADES PAG 207 1. Utilizando los esquemas de mando y fuerza, que aparecen en la figura 7.20 de esta unidad, para el frenado de un motor asíncrono por inyección de corriente continua, realiza el montaje sobre el panel de pruebas y comprueba su funcionamiento. Para alimentar el puente de diodos, utiliza un transformador cuyo secundario sea de 12 o 24 voltios. Es necesario utilizar un puente de diodos de tipo industrial como el mostrado en la figura 7.19 del libro del alumno. Éste se debe fijar sobre un radiador metálico para la disipación de calor. Es importante observar el etiquetado de los terminales de conexión. Dos de ellos deben estar etiquetados con el símbolo de la corriente alterna (~), y deben conectarse a la salida del secundario del transformador. Los otros dos estarán etiquetados con el símbolo + y -, que en este caso se conectan, a través del contactor KM3, a dos de las fases que alimentan los borne del motor. En este caso no es importante la polaridad.
Detalle de las patillas y conexión del puente de diodos
El ajuste del temporizador para la inyección de corriente continua, debe estar entre 1 y 3 segundos. ACTIVIDADES PAG 214 2. Sobre el panel de pruebas, realiza el montaje para arrancar un motor Dahlander de dos velocidades. Comprueba su funcionamiento y si dispones de un tacómetro de taller, mide la velocidad de giro del motor. Los circuitos de fuerza y mando a montar sobre el panel de pruebas son los mostrados en la figura 7.27 del libro del alumno. Algunos fabricantes de material didáctico (como Alecop) disponen en sus catálogos máquinas para realizar este tipo de arranque. ACTIVIDADES PAG 217 3. Dibuja los esquemas de mando y fuerza para el arranque condicionado de tres motores. Dos son de corriente continua con devanados independientes y el tercero es trifásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito.
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Las condiciones de funcionamiento son las siguientes: a) El segundo motor de CC solamente puede ponerse en marcha cuando el motor 1 ha arrancado por completo. b) Si alguno de los motores de corriente continua está en funcionamiento, el motor de corriente alterna no puede ponerse en marcha y viceversa. c) El arranque de los motores de corriente continua debe hacerse por eliminación de resistencias en 2 tiempos. d) El motor de corriente alterna se arranca de forma directa a través de un contactor
Circuito de fuerza para motores cc y motor ac
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Circuito de mando en cc para motores cc
Circuito de mando en ca para el motor trifásico
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ACTIVIDADES FINALES PAG 220 1. Realiza la actividad propuesta en la Práctica Profesional de esta unidad. Observa qué ocurre con la corriente y el ruido del motor en los diferentes tiempos del arranque. El comportamiento del motor en el arranque, es idéntico al explicado en la unidad 4 del libro del alumno. La diferencia con lo allí mostrado es que la maniobra de puesta en marcha ahora se hace de forma automática mediante contactores. Reduciéndose, de igual forma, el consumo de corriente en el momento del arranque. 2. Estudia los circuitos de fuerza y mando que aparecen en las figuras 7.7 y 7.8 de esta unidad, y sobre el panel de pruebas, realiza el montaje para la inversión del sentido de giro de un motor trifásico con arranque estrellatriángulo temporizado.
De igual forma que lo visto en actividades de unidades anteriores, la inversión del sentido de giro se hace permutando dos de las fases del sistema trifásico de alimentación. Sin embargo, en este circuito, para arrancar tanto en un sentido como en otro, es necesario realizar secuencialmente los dos tiempos característicos del arranque estrella/triángulo; 1º arranque en estrella y 2º conmutación, en este caso automática, a triángulo. En este tipo de arranque es obligatoria la parada del motor para realizar la inversión. 3. Utilizando los esquemas de mando y fuerza, que aparecen en la figura 7.11, para el arranque de un motor de rotor bobinado por eliminación de resistencias rotóricas, realiza el montaje sobre el panel de pruebas y comprueba su funcionamiento. De igual forma que las actividades anteriores, conecta un amperímetro en una de las fases para observar la corriente en el momento del arranque. El grupo de resistencias puede formarse con resistencias de potencia individuales o utilizando un equipo de resistencias didáctico. Este último tiene la ventaja de su fácil conexión por cables con clavijas tipo banana.
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Conjunto para el arranque de un motor con rotor bobinado
4. Basándote en los siguientes esquemas de mando y fuerza, monta sobre el panel de pruebas el circuito para la inversión del sentido de giro de motor trifásico de inducción con rotor en jaula de ardilla, a través de un arrancador progresivo. El arrancador debe activarse y desactivarse, a través de su entrada lógica de puesta en marcha, desde el circuito de mando del inversor.
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El circuito de mando es el mismo que se ha utilizado anteriormente para invertir el sentido de giro de un motor trifásico. En este caso es necesario pasar previamente por “paro” para poder realizar la inversión. En el circuito de fuerza la inversión se realiza de la misma forma que la vista en circuitos anteriores. Es decir, usando dos contactores para permutar dos de las fases de la alimentación. El Arrancador estático se ha conectado entre el circuito inversor y el motor. Los contactores KM1 y KM2 deben dar una orden de puesta en marcha, mediante contactos auxiliares NA, a través de la entrada lógica del arrancador progresivo. Si esto no se hace así, el arrancador no alimenta el motor en ningún caso, aunque el inversor funcione correctamente. 5. Sabiendo que el esquema de fuerza para invertir el sentido de giro de un motor Dahlander de dos velocidades es el de la siguiente figura, dibuja el circuito de mando, realiza el montaje completo sobre el panel de pruebas y comprueba su funcionamiento.
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Esquema de mando para la inversión del sentido de giro de un motor Dahlander de dos velocidades
Leyenda: • • • • • • • • • • •
• • • • • •
Q2 F1 F2 S1 S2 S3 S4 KM4 KM5 KM2 KM3 KM4 H1 H2 H3 H4 H5
Interruptor magnetotermico monopolar Relé térmico velocidad 1 Relé térmico velocidad 2 Pulsador de parada Pulsador de marcha Izq Pulsador de marcha Dcha Conmutador de dos posiciones para seleccionar la velocidad Contactor giro Izq. Contactor giro Dcha. Contactor velocidad 1 Contactores velocidad 2 Lámpara señalización velocidad 1 Lámpara señalización velocidad 2 Lámpara señalización giro Izq Lámpara señalización giro Dcha Lámpara señalización disparo relé térmico.
6. Sobre el panel de pruebas, monta el circuito para el arranque de un motor con devanados separados (Part Winding). Conecta un amperímetro en el circuito de fuerza y comprueba lo que ocurre en el momento del arranque. Los esquemas de mando y fuerza son los de la figura 7.14 de esta unidad.
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La colocación del amperímetro en el circuito de fuerza nombrado es la siguiente:
Detalle de conexión del amperímetro en el circuito de fuerza del arranque Part-Winding
7. Sobre el panel de pruebas, instala un variador de frecuencia (monofásico o trifásico) y una botonera de superficie para cuatro elementos, tal y como se muestra en la figura. Cablea el circuito de fuerza siguiendo el esquema de fuerza y realiza las actividades propuestas.
Cablea las entradas lógicas y programa el variador para realizar lo siguiente: a) Poner en marcha e invertir el sentido de giro del motor mediante un conmutador rotativo de tres posiciones a través de las entradas lógicas I1 e I2. Programar y probar el arranque del motor con diferentes rampas de aceleración y deceleración (figura 7.53). b) Sobre el montaje anterior, añadir dos interruptores a otras dos de las entradas lógicas (I3 e I4) del variador y programarlo para conseguir mediante la combinación de ellos diferentes velocidades preseleccionadas (figura 7.54). 78
c) Sobre el montaje de la primera actividad, instalar 2 pulsadores normalmente abiertos en las entradas lógicas I3 e I4 y programar el variador para que dichas entradas hagan las funciones del JOG y de frenado por inyección de corriente continua (figura 7.55). d) Utilizando la configuración de la actividad anterior, configurar el variador para que con los dos pulsadores conectados a I3 e I4 se pueda incrementar y decrementar progresivamente la velocidad del variador (figura 7.55). e) Sustituir el interruptor rotativo de las entradas I1 e I2 por dos pulsadores y añadir otro más a la entrada I3. Uno será para la parada, otro para la marcha en un sentido y el tercero para la marcha en sentido contrario (figura 7.56). IMPORTANTE: es necesario que consultes el manual del variador de velocidad, para conocer cuáles son y cómo se configuran los parámetros que permiten elegir el tipo de funcionamiento de las entradas lógicas. Es posible que tu variador no permita realizar todas las funciones aquí descritas.
Los esquemas de las deferentes configuraciones son los mostrados en el libro del alumno en el enunciado de esta actividad. Aun así, puede ser necesario consultar el manual de instrucciones del fabricante, para comprobar si el conexionado coincide con el aquí propuesto. Los elementos de mando y consigna de velocidad (conmutadores, pulsadores y potenciómetro), deben fijarse sobre la caja de la botonera de superficie mostrada en la figura, para cada una de las configuraciones propuestas. Los parámetros básicos son similares en todos los variadores, lo que cambia en cada uno de ellos es la forma de ajustarlos. Por tanto, la parametrización debe hacerse utilizado manual de instrucciones del fabricante.
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8. Sobre el panel de pruebas: a) Realiza el montaje para arrancar un motor de corriente continua por eliminación de resistencias en el inducido. Los esquemas, de mando y fuerza, están representados en la figura 7.39 de esta unidad. Para realizar esta actividad es necesario disponer de un sistema de alimentación de corriente continua, de tensión y potencia adecuada para los motores a utilizar. También es necesario disponer de resistencias de potencia para el arranque. Si se utiliza las máquinas de Alecop modelos AL 506 y AL 1006, se pueden utilizar resistencias de aproximadamente 50 Ohmios de 100W.
Posible ubicación de los elementos sobre el panel de pruebas
b) Conecta un reóstato en serie con el inducido y comprueba como varia la velocidad del motor. Si se conecta un reóstato en serie con el inducido, además amortiguar la corriente en el momento del arranque, es posible regular la velocidad de la máquina de corriente continua a para constante.
Detalle para la conexión de un reóstato para regulación de velocidad a par constante.
Con las máquinas de Alecop anteriormente nombradas, se puede utilizar un reóstato de 150 Ω y 500W
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c) Monta en el circuito de fuerza y mando los elementos necesarios para realizar la inversión del sentido de giro del motor de corriente continua. Los esquemas de mando y fuerza son los de la figura 7.40 y 7.41 de esta unidad. Es importante que el alumno entienda que no se puede hacer la inversión del sentido de giro de este tipo de motores al “vuelo”, es decir, sin pasar previamente por paro. Ya que es obligatorio el arranque en dos tiempos, por la eliminación de resistencias, que evita la sobrecorriente producida en el momento de la puesta en marcha. El esquema 7.40 del libro del alumno muestra como los contactores KM2 y KM5 son los encargados de invertir el sentido de la corriente en el inducido, invirtiendo así el sentido de giro del motor. El esquema de mando es el mostrado en la figura 7.41 del libro del alumno. d) Monta el variador de velocidad para el motor de corriente continua. Cambia diferentes parámetros (rampa de aceleración, deceleración, frenado, afectación de entrada lógicas, etc) y comprueba su funcionamiento. El montaje del variador requiere consultar el manual del fabricante antes de realizar el conexionado y la parametrización. El esquema de fuerza es el mostrado en la figura 7.45 del libro del alumno. En este caso, el esquema de mando está destinado a activar y desactivar el contactor KM1 para alimentar el variador desde la red eléctrica de 230Vca. Así, para arrancar el motor en uno u otro sentido de giro, es necesario activar KM1 y además conmutar S1, que se encuentra conectado a las entradas lógicas del variador, a una posición u otra.
Esquema de mando
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Una posible colocación de los elementos sobre el panel de pruebas es la mostrada en la siguiente figura:
Panel de pruebas con variador de velocidad para motor de corriente continua
ACTIVIDADES FINALES-ENTRA EN INTERNET PAG 223 9. Localiza diferentes tipos de esquemas para el arranque de motores por la conexión Dahlander. ¿Cuántas posibilidades de conexión has encontrado? Los motores Dahlander están bobinados de tal forma que mediante una conmutación externa (en su caja de bornes) se consigan dos velocidades distintas en relación 2:1. Para ello hay diferentes posibilidades de conexión: •
Δ - λλ (triángulo
- doble estrella)
En este caso el motor funciona a par constante y es el tipo de conexión más utilizada. •
λλ - Δ (doble
estrella - triángulo)
Con esta conexión se consigue que el motor funcione a patencia constante. •
λ - λλ (estrella
- doble estrella)
Es la conexión menos utilizada. Se utiliza para aplicaciones muy concretas, por ejemplo, en equipos de ventilación. Debido al abaratamiento de los variadores de velocidad, cada vez tienen menos uso este tipo de motores. 10. Descarga diferentes catálogos de variadores de velocidad para motores de corriente alterna. Observa los esquemas de conexión y comprueba que todos se conectan de forma similar. Algunos modelos permiten la conexión de resistencias de potencia ¿para qué sirven?
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Son resistencias que permiten el frenado dinámico de los motores a través del variador. Estas disipan la energía generada en el frenado. Son de gran potencia (entre 1.000 y 10.000W) y baja resistencia (entre 10 y 60 Son recomendables para el frenado en motores de gran potencia.
Ω).
11. Localiza esquemas de otras formas de arrancar motores de inducción para evitar la sobrecorriente en el momento del arranque. Otros tipos de arranque son: arranque por resistencias estatóricas y arranque por autotransformador.
Arranque por resistencias estatóricas
Arranque por autotransformador
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UNIDAD DIDÁCTICA 8: REPRESENTACIÓN AVANZADA DE ESQUEMAS ESTUDIO DEL CASO PAG 231 1. Si la documentación de la instalación eléctrica de la panificadora consta de 20 páginas, formada por esquemas similares a los que has visto en unidades anteriores, ¿crees que sería fácil de localizar cada uno de los elementos que en ella intervienen? Si no está bien documentado el proyecto, la localización de elementos puede ser labor tediosa y que genera mucho trabajo a los técnicos de montaje y mantenimiento. Por eso, el alumno, debe comprender que muy importante la documentación de una instalación como la planteada en el caso práctico. 2. Como el número de cables utilizados en esta instalación puede ser elevado ¿crees que puede ser interesante etiquetar cada uno de ellos, para la posterior localización de averías y fallos en el circuito? Si, ya que esta numeración facilita la localización todos y cada uno de los cables en tareas de mantenimiento y reparación. 3. ¿Qué ventajas tiene la identificación y etiquetado de cada uno de los regleteros que intervienen en la instalación? Qué facilita el conexionado de los elementos externos al cuadro. 4. ¿Qué tipo de esquema utilizarías para mostrar los elementos que van fuera de los cuadros eléctricos? El denominado Esquema de Terminales, también denominado Diagrama de Conexionado. 5. En los esquemas para la alimentación de las máquinas de la panificadora, ¿cuáles son los elementos gráficos que representan los cables que salen del cuadro hacia los motores? Las mangueras, que se identifican con la letra W y el número de orden que hace en el proyecto.
ACTIVIDADES PAG 243 1. Realiza la actividad propuesta en la Práctica Profesional de esta unidad. Seguir los pasos indicados.
ACTIVIDADES FINALES PAG 244 1. Un equipo de caldeo dispone de un ventilador y un grupo de resistencias. El ventilador tiene acoplado un motor monofásico de 230V. El dispositivo de caldeo está formado por dos resistencias conectadas en paralelo que se alimentan con la tensión de la red.
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Fuera del cuadro eléctrico están: el motor, las resistencias, pulsadores (S1S2) y las lámparas H1-H2. Se pide: a) Numerar todos los conductores de ambos circuitos. b) Dibujar los bornes de los regleteros sobre los esquemas. c) Representar las referencias cruzadas en formato de tabla y las referencias cruzadas inversas. d) Representar los borneros y los esquemas de terminales del circuito. e) Dibujar sobre el esquema de fuerza las mangueras que alimentan el motor y las resistencias de caldeo. f) Dibujar los esquemas de mangueras. g) Elaborar la lista de materiales necesarios para realizar el automatismo. h) Montar el circuito sobre el panel de pruebas utilizando algún sistema de marcación de bornes, cables y mangueras. i) Probar el funcionamiento del automatismo. Importante: si es necesario, redibuja los esquemas en dos láminas de dibujo.
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Esquemas
Esquema de fuerza
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Esquema de mando
Lista de componentes
Lista de componentes utilizados
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Regleteros
Regletero X1
Regletero X2
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Esquemas de terminales
Esquema de terminales del regletero X1
Esquema de terminales del regletero X2
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2. Una red de alumbrado público dispone de dos líneas para alimentar las luminarias. Estas se encuentran alternativamente distribuidas en las calles, de forma que la mitad de ellas pertenecen a la primera línea y la otra mitad a la segunda. Cuando se hace de noche, un interruptor crepuscular enciende las dos líneas. Cuando llega una hora determinada de la madrugada, una de las líneas se desconecta apagando así todas sus luminarias (es decir, la mitad del alumbrado). Al hacerse de nuevo de día, la otra línea se desconecta automáticamente. En el montaje, se ha de prever el encendido manual de las lámparas para reparaciones en horas de luz. Se pide: a) Dibujar los esquemas de mando y fuerza. b) Todo lo pedido para la actividad anterior para la representación de esquemas, montaje y prueba del circuito.
Esquemas El circuito de fuerza dispone de dos líneas tetrafásicas (3L+N), controladas mediante dos contactores (KM1 y KM2). Las luminarias se conectan a las salidas de estos contactores entre el neutro y una de las fases. El reparto de las fases debe hacerse de forma equilibrada. El circuito de mando dispone de un interruptor crepuscular, que controla el encendido de las dos líneas, y un reloj horario, que controla solamente la segunda línea. El conmutador S1 permite conmutar entra el modo de funcionamiento manual y el automático. En el modo manual se activa el relé auxiliar KA1 que cierra dos de sus contactos para anular las acciones del interruptor crepuscular y del reloj horario. Las lámparas H1 y H2 señalizan el modo de funcionamiento, manual o automático.
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Esquemas de fuerza y mando dibujados en la hoja 1
Detalle del esquema de fuerza
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Detalle del esquema de mando
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Lista de componentes
Tabla con la lista de componentes
Regleteros
Regletero X1
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Regletero X2
Esquemas de terminales
Esquema de terminales X1
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Esquema de terminales X2
3. En una tolva que almacena grano, se desea controlar su llenado y vaciado mediante un circuito de automatismo. Para saber cuándo está al máximo y al mínimo se utilizan sendos detectores capacitivos ubicados estratégicamente en el cuerpo de la tolva. Si el depósito está vacío, la compuerta de salida de grano está cerrada y la cinta transportadora en marcha llenando la tolva. Cuando se produce el llenado, la cinta transportadora se detiene y la compuerta de vaciado se abre siempre que haya una carretilla debajo de ella. Se pide: a) Lo mismo que para la actividad anterior.
De igual forma que en la actividad 11 de la unidad 6, aquí también se propone el control del llenado de un recipiente mediante detectores de tipo capacitivo. En este caso, como elemento diferencial respecto al circuito nombrado y para facilitar el montaje, el mando ser realiza mediante una unidad de control de nivel de Máximo y Mínimo. Así, los detectores se conectan directamente a ella y su contacto conmutado se utiliza en el circuito para gestionar el vaciado y el llenado de forma automática.
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Esquemas
Conexión de los detectores capacitivos a la unidad de Máximo-Mínimo
Esquema de fuerza (Hoja 1)
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Esquema de mando (Hoja 2)
Lista de componentes
Lista de componentes
Regleteros
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Regletero X1
Regletero X2
Regletero X3
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Diagramas de conexiones
Diagrama de regletero X1
Diagrama del regletero X2
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Diagrama de regletero X3
ACTIVIDADES FINALES –ENTRA EN INTERNET PAG 244 4. Busca en internet catálogos y tarifas de precios de los materiales utilizados en las actividades anteriores. Elabora tres presupuestos estimando el coste de los circuitos de automatismos empleados en cada una de ellas. Con esta actividad el alumno se afianza con el uso de las nuevas tecnologías y se familiariza con la elaboración de presupuestos.
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UNIDAD DIDÁCTICA 9: EL AUTÓMATA PROGRAMABLE ESTUDIO DEL CASO PAG 257 1. Observa el funcionamiento de una puerta automática (en un centro comercial, en un garaje, etc.) y realiza una descripción de la secuencia de su funcionamiento. 12345-
Detecta a las personas Se abre la puerta En la posición de abierta, se mantiene durante un tiempo. Una vez transcurrido ese tiempo, se cierra la puerta Si cuando se está cerrando, otra persona es detectada, la puerta vuelve a abrirse nuevamente.
2. ¿Qué captadores y actuadores son necesario para su funcionamiento? ¿Cuáles serían sus circuitos de mando y de fuerza teniendo en cuenta que el motor es trifásico de 230 V? Dibújalos. Es necesario un sensor fotoeléctrico para detectar la presencia de personas que van a pasar por la puerta. En cada extremo de sistema móvil, es necesario colocar sendos finales de carrera para detectar cuando la puerta está abierta o cerrada completamente. El circuito de fuerza es el del inversor visto en otras ocasiones:
Esquema de fuerza
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El esquema de mando es el propuesto para la actividad 10 de la Unidad 6:
Esquema de mando
3. ¿A qué parte del autómata conectarías los captadores de la puerta automática?, ¿y los actuadores? Los captadores se conectan a las entradas y los actuadores a las salidas. 4. Si los motores que se encargan de abrir y cerrar las puertas son trifásicos, ¿como los conectarías para que su puesta en marcha y parada sea controlada por un autómata programable? El circuito de fuerza para alimentar los motores, se debe hacer a través de contactores que sirven de preactuadores entre el autómata programable y el elemento de potencia. Las bobinas de estos contactores deben ser gestionadas por salidas del autómata programable.
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Ejemplo de conexión de la bobina de un contactor a una salida del autómata
5. ¿Dónde conectarías dos lámparas, una verde y otra roja, que indique la posibilidad de paso o no por una puerta automática? De igual forma que las bobinas de los contactores, las lámparas se conectan a las salidas del autómata.
Conexión de las lámparas H1 y H2 a las salidas del autómata programable
6. ¿Qué diferencias encuentras entre los denominados Relés Programables y los Autómatas Programables (PLCs). Conceptualmente los Relés Programables y los PLC son lo mismo. Están estructurados lógica y físicamente de una forma similar. Ambos disponen de CPU, zonas de memoria, interfaces de entradas y salidas, fuente de alimentación, etc. Sin embargo, los relés programables disponen de menor capacidad de cálculo y programación que los PLCs. Además, los primeros suelen tener de un tamaño muy reducido que les permite su instalación tanto en instalaciones domésticas como industriales.
ACTIVIDADES PAG 259 1. Recuerda el circuito visto en la unidad 7 para arrancar un motor trifásico mediante un estrella/triángulo con inversión del sentido de giro y dibuja cómo serían los circuitos de fuerza y mando si utilizaras un autómata programable.
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El circuito de fuerza es el mostrado en la figura 7.7 del libro del alumno. El circuito de mando está basado en un autómata programable al cual se le conecta los sensores, a las entradas, y los actuadores y preactuadores a las salidas.
Esquema de mando del inversor estrella/triángulo con autómata programable
ACTIVIDADES PAG 278 2. Conecta la programadora de direcciones en un esclavo AS-i y observa que dirección tiene en el bus. Siguiendo el manual de instrucciones del fabricante, de una nueva dirección al módulo. La direccionadora AS-i se conecta a un conector específico que dispone el esclavo del cual se desea conocer la dirección. Este dispositivo de prueba y comprobación, permite realizar diferentes funcione en el bus, entre ellas cambiar y visualizar las direcciones de los esclavos de un sistema ASi. Por ejemplo: en la direccionadora de la figura, para visualizar la dirección, el conmutador rotativo debe estar en la posición ADDR y para memorizar una nueva dirección en ADDR+MEN.
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Diereccionadora AS-i de Siemens ACTIVIDADES FINALES PAG 280 1. Realiza un dibujo esquemático de un autómata identificando las partes que a continuación se detallan: • • • • • • •
Tensión de alimentación. Puesta a tierra del autómata. Alojamiento de la pila. Alojamiento de tarjeta o cartucho de memoria. Conector de conexión del interface de la consola o del ordenador. Número de entradas y salidas. Panel de visualización.
Esta actividad es la primera toma de contacto del alumno con un autómata programable. Con ella se pretende identificar de un vistazo, las diferentes partes de que consta. Una buena opción es indicar sobre un esquema o una foto real del autómata, cada una de estas partes.
Partes de un relé programable
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2. Dibuja los esquemas de mando y fuerza para el arranque estrella/triángulo de un motor trifásico mediante un autómata programable. Estos esquemas son los que están representados en la figura 9.2 de esta unidad. 3. Haz lo mismo para invertir el sentido de giro del motor de la actividad anterior. La solución a esta actividad está resuelta en este mismo documento. Solución a la actividad propuesta en la página 259 del libro del alumno. 4. Dibuja los esquemas de mando y fuerza, para gobernar el automatismo de un montacargas como el de la figura 9.53 con un autómata programable. Los materiales utilizados son los siguientes: • Elementos de captación: -
Cuatro pulsadores para bajar y subir la cabina, S1, S2, S3 y S4.
– Dos finales de carrera para detectar las posiciones de la máquina FC1 y FC2. • Elementos de actuación: – Dos contactores KM1 y KM2 para gestionar la inversión de giro del motor trifásico. • Elementos de protección: -
Un relé térmico.
-
Magnetotérmico bipolar para el circuito de mando.
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Esquema de mando del montacargas
5. Dibuja los esquemas de mando y fuerza necesarios para automatizar el taladro semiautomático de la figura mediante un autómata programable. Elabora previamente la lista de materiales necesarios para realizar este montaje. Ten en cuenta que todos los movimientos (cargar pieza, girar broca y bajar y subir taladro) se realizan con motores eléctricos trifásicos. De momento no es necesario que conozcas todos los detalles de funcionamiento de esta máquina.
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Esquema de fuerza del taladro semiautomático
Esquema de mando para el control del taladro semiautomático
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6. Representa gráficamente el circuito de la actividad anterior, utilizando una red AS-i, de dos formas diferentes: a) Los elementos de captación y actuación son convencionales de tipo electromecánico. b) Los elementos de captación y actuación son conectables directamente al bus. Utiliza un catálogo de fabricante para ver cuál de las dos opciones es la más económica. Opción A:
Configuración con aparamenta convencional y módulos AS-i de Entradas/Salidas
Opción B:
Configuración con todos los elementos AS-i
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ACTIVIDADES FINALES-ENTRA EN INTERNET PAG 281 7. Busca en internet al menos cinco fabricantes de autómatas programables y descarga sus catálogos. Estos son algunos fabricantes de autómatas programables: Telemecanique, Omron, Allen Bradley, Toshiba, Mitsubishi, etc.
Siemens,
8. Localiza las hojas de características de cinco autómatas programables cuyas conexiones de entradas/salidas y alimentación sean diferentes. Copia las imágenes con los esquemas, elabora un documento en tu procesador de textos y entrégaselo al profesor. La idea es que el alumno investigue sobre las diferentes formas de conectar sensores y actuadores a los autómatas programables, dependiendo del tipo de entrada o de salida y la tensión de trabajo de las mismas. 9. Localiza el manual, y toda la documentación adicional que puedas, sobre el autómata programable que has utilizado en las actividades anteriores. Actualmente es fácil localizar los manuales en formato electrónico de los autómatas programables de cualquier fabricante. En ellos se puede encontrar además la forma de conexionado de entradas/salidas, la programación, las características de los diferentes modelos y las posibilidades de expansión de los mismos. 10. Utilizando internet, realiza un trabajo sobre aplicaciones de los autómatas programables en la industria, analizando los sectores en los que más se utilizan. En la actualidad los autómatas programables se utilizan de forma masiva en todos los sectores industriales. Se puede recordar a los alumnos, que estos dispositivos nacieron en el entorno de la industria del automóvil en los años 70 y que aun en dicho sector tienen una enorme presencia. 11. Elabora una lista con seis tipos de buses industriales a los que se puedan conectar autómatas programables. • • • • • •
Profibus, AS-i, MPI, Ethernet, Modbus, Profinet, DeviceNET
12. Echa un vistazo a las siguientes páginas web relacionadas con el mundo de los autómatas: • • •
REEA (http://olmo.pntic.mec.es/jmarti50/portada/index.htm) InfoPLC (www.infoplc.net) Autómatas Industriales (www.automatas.org)
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UNIDAD DIDÁCTICA 10: PROGRAMACIÓN DE AUTÓMATAS ESTUDIO DEL CASO PAG 287 1. Seguramente que alguna vez has oído hablar algo relacionado con lenguajes de programación ¿Qué entiendes por este concepto? Con esta sencilla pregunta se pretende conocer que es lo entienden los alumnos por lenguaje de programación informático, que con toda seguridad habrán oído hablar alguna vez en estudios anteriores o en los medios de comunicación. Aunque no es crucial para trabajar los contenidos de esta unidad, los alumnos deben saber que lo que necesitan para trabajar con los autómatas a nivel de software, es un lenguaje de programación. El lenguaje de programación es el encargado de manejar el juego de instrucciones del autómata para realizar las funciones lógicas y de cálculo de la CPU. 2. ¿Qué necesitarían los técnicos de la empresa nombrada para transferir los programas a los autómatas programables? Necesitan un el software de transferencia de programas que facilita el fabricante de los autómatas utilizados. 3. Busca en internet algún documento relacionado con los lenguajes de programación para autómatas y nombra los que has localizado. Las búsquedas en internet sobre lenguajes de programación de autómatas, obtienen como resultados referencias al estándar IEC 1131-1 que establece los siguientes lenguajes de programación para los autómatas programables: • • • • •
LD FBD IL ST SFC
Lenguaje a contactos Lenguaje de funciones lógicas Lenguaje por lista de instrucciones Lenguaje estructurado Lenguaje de secuencial basado en el GRAFCET
4. Si los técnicos de mantenimiento de la empresa de mecanizado tienen conocimientos de automatismos eléctricos cableados ¿Cuál de los lenguajes de programación crees que se adapta mejor a su perfil profesional? ¿Por qué? El lenguaje LD, basado en contactos, es el más próximo al utilizado en los automatismos eléctricos cableados. Éste es el que mejor se adapta al perfil de un técnico electricista especializado en automatismos cableados, ya que, en lo básico, tanto la simbología, como la representación de las redes lógicas es muy similar. 5. Las máquinas de taladrado que se van a automatizar, disponen de un funcionamiento secuencial ¿crees que es adecuado el GRAFCET como método para dar solución a los problemas de automatización planteados? Si, ya que el GRAFCET representa de forma gráfica la secuencia de funcionamiento de un proceso. 6. Si se utiliza el GRAFCET ¿Qué elementos gráficos habrá que utilizara para implementar paradas de emergencia y rearmes?
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Para las paradas y rearmes se deben utilizar saltos y retornos a la secuencia principal, basándose en divergencias y convergencias en O. Estos elementos permiten abandonar con facilidad una zona de la secuencia y posicionar el proceso en otra etapa de GRAFCET. 7. ¿Qué parte del GRAFCET se encarga de activar las salidas físicas del autómata para gestionar el funcionamiento de los motores de los taladros? Esta tarea se realiza en la Zona secuencial mediante Acciones que “escriben” en las salidas del autómata.
ACTIVIDADES PAG 294 1. Programa y prueba en un autómata: a) La activación y desactivación de una salida mediante dos entradas utilizando bobinas Set y Reset. Con la entrada I1 se activa la salida Q1 mediante Set. Con la entrada I2 se desactiva la salida Q1 mediante Reset.
b) El ejemplo del temporizador de la figura 10.15 Utilizar como un temporizador a la conexión. Al accionar la entrada I2, comienza la temporización. Cuando ha transcurrido el tiempo programado (que en este caso es de 10s), se cierran y abren los contactos del temporizador, activando Q6 y desactivando Q7 respectivamente.
ACTIVIDADES PAG 295 2. Programa y prueba el ejemplo del contador mostrado en la figura 10.17. Utilizar una función contador que permita contar y descontar. En el ejemplo: cada vez que se acciona I1, el contador incremente en 1. Sin embargo, si se acciona I2, el contador decrementa en 1. Si el contador es igual al número de pulsos programado en PV, sus contactos asociados se cierran, los abiertos, y se abren, los cerrados, activando Q1 y desactivando Q2 respectivamente. Un impulso sobre la entrada Reset (en este caso con I3), pone a cero el contador.
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ACTIVIDADES PAG 306 3. Elabora los GRAFCET de primer y segundo nivel de una variante del taladro con cargador de piezas.
GRAFCET de primer nivel
GRAFCET de segundo nivel o tecnológico
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4. Programa y comprueba en un autómata el funcionamiento del GRAFCET del taladro.
Zona secuencial
Zona de acciones
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ACTIVIDADES FINALES PAG 308 1. Transcribe al lenguaje de contactos el siguiente circuito eléctrico. Prueba su funcionamiento en el panel de pruebas que montaste en la Práctica Profesional de la unidad anterior.
Esquema de la figura 10.55 en lenguaje de contactos
2. Transcribe a lenguaje de contactos (LD) los circuitos de mando de los siguientes automatismos cableados vistos en unidades anteriores y pruébalos sobre el panel que montaste en la Práctica Profesional de la unidad anterior. Importante. En las siguientes soluciones no se han incluido la protección de los relés térmico. a) Arranque de un motor con pulsadores de marcha y paro con realimentación.
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b) Arranque de un motor con 3 pulsadores de marcha y 3 de parada con bobinas SET y RESET.
c) Inversión del sentido de giro de un motor trifásico con pulsadores pasando por paro.
d) Inversión del sentido de giro de un motor trifásico con pulsadores. En este caso la inversión de sentido de giro, se debe realizar sin pasar previamente por paro.
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e) Arranque estrella-triángulo de un motor trifásico con pulsadores. La conmutación de estrella a triángulo se realizará de forma manual mediante un pulsador.
f) Arranque estrella-triángulo de un motor trifásico con pulsadores. La conmutación de estrella a triángulo se realizará de forma automática con un temporizador.
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g) Arranque de un motor trifásico de rotor bobinado con tres grupos de resistencias rotóricas.
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3. Dibuja los GRAFCET de primer nivel de los circuitos de la actividad anterior.
a.
b.
c.
119
d.
e.
f.
120
g.
121
4. Transcribe a lenguaje de contactos los GRAFCET de los circuitos C y F de la actividad 2.
Actividad C: GRAFCET
Programa de autómata: Zona secuencial:
Zona de acciones:
122
Actividad F:
5. Realiza un programa, en lenguaje de contactos, que active de forma automática y temporizada cinco salidas del autómata, con una cadencia de 1 segundo entre una y otra. Las salidas deben ir quedando activadas y al concluir el ciclo, después de 1 segundo, deben desactivarse todas y comenzar de nuevo. La actuación sobre una entrada permitirá detener o parar el funcionamiento de la secuencia.
123
Programa completo de la “oruga” luminosa
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6. Asocia los elementos de este GRAFCET a las variables de E/S de un autómata programable, transcríbelo a lenguaje de contactos y prueba su funcionamiento sobre el panel de prueba utilizado en las actividades anteriores.
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7. Dibuja el GRAFCET del taladro con cargador de piezas que aparece en una de las actividades de la unidad anterior. Implementa el programa en lenguaje de contactos en un autómata programable y comprueba su funcionamiento. Para ello puedes ayudarte del panel de pruebas que montaste en la Práctica Profesional de la unidad anterior. 126
La solución con los GRAFCET’s de primero y segundo nivel del taladro, está resuelta en esta guía para la actividad de la página 306 de esta unidad.
Zona secuencial
Zona de acciones
Programa del taladro con cargador de piezas
ACTIVIDADES FINALES-ENTRA EN INTERNET PAG 309 8. Busca en internet referencias a la norma IEC 1131-3 que define los lenguajes de autómatas. La norma UNE-EN 61131-3 (que concuerda con la IEC 1131-3) define 4 lenguajes de programación para autómatas, 2 en formato texto y 2 en formato gráfico, pudiendo ser combinables y complementarios entre sí. Algunos fabricantes no cumplen al completo la norma IEC 1131-3 y utilizan su propia nemotecnia. Sin embargo, las exigencias de estandarización de la industria, está haciendo que los fabricantes implementen cada vez más estos lenguajes en la programación de sus autómatas. a)
Lenguajes textuales: La norma define 2 tipos:
127
•
Lenguaje por lista de Instrucciones (IL)
También llamado Booleano, está basado en un listado de símbolos nemotécnicos, cercanos al lenguaje máquina. Se escribe en forma de texto utilizando caracteres alfanuméricos para definir las líneas de operaciones lógicas. Es el lenguaje más próximo al juego de instrucciones de la CPU por lo que generalmente suele ser el más potente y rápido de escribir, aunque también el más complejo. Un esquema eléctrico basado en lógica cableada se implementa fácilmente a lista de instrucciones utilizando las abreviaturas nemotécnicas de las funciones y operaciones para identificar los elementos y sus conexiones. Actualmente este tipo de lenguaje esta siendo desplazado por otros que aprovechan las propiedades gráficas de los ordenadores personales aportando mayor comodidad y facilidad en la programación. A cada línea de texto IL se le denomina instrucción y está formada por el operando y el operador. El operando define la función lógica (operación lógica) y el operador el direccionamiento de la variable. Norma IEC1131-3 Operando
Operador
LD
%I1.0
Las operaciones IL se escriben en modo texto utilizando una o varias letras mayúsculas. Equivalencias IL entre la Norma y Simatic S7 Operador según: Simatic S7 Norm a 1131-3: LD = S R U O NOT JMP CALL
LD ST S R AND OR XOR NOT JMP
Modificador N N
N N N N N N
RET ULD
RET AND ( )
N
OLD
OR ( )
N
Descri pción Inicio de una red de contactos Escribe el resultado de la red en una bobina Enclava una bobina Desenclava una bobina Conexión serie Conexión paralelo Conexión or exclusiva Negación Salto a una etiqueta Llamada a subrutina Retorno de subrutina Asociación serie de grupo de contactos. Asociación de grupo de contactos en paralelo.
El lenguaje IL permite integrar opcionalmente comentarios en el programa con carácter informativo. Se pueden insertar a la derecha de cada instrucción, al principio de un programa o antes de una red de contactos. Según la norma IEC 1131-3 se escriben entre paréntesis y asteriscos.
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Por ejemplo: (* Coment ario *). Con la nemotecnia Simatic S7 se escribe después de dos barras inclinadas //. Por ejemplo: //Comentario. En el siguiente programa se muestran comentarios al principio del programa y en cada línea de instrucción:
Norm a IEC1131-1 %L1:
(*Interruptores en serie*)
LD AND AND ST
%I1.0 %I1.2 %I1.3 %Q2.1
•
(*Interruptor 1*) (*Interruptor 2*) (*Interruptor 3*) (*Lámpara *)
Simat ic S7 NETWORK 1 //Interruptores en serie LD U U =
E1.1 E1.2 E1.3 A2.1
//Interruptor 1 //Interruptor 2 //Interruptor 3 //Lámpara
Lenguaje de texto estr uct urado. (ST)
Tiene su origen en los lenguajes de alto nivel como el Basic, C ó Pascal, siendo su programación similar a estos.
b) Lenguajes gráficos: • Lenguaje gráfico de cont actos (LD) La nemotecnia es gráfica, utilizando símbolos similares a los empleados en los esquemas de circuitos eléctricos a relés (Como los vistos en el libro del alumno), por lo tanto la transcripción es mucho más sencilla que por lista de instrucciones. No todos los autómatas aceptan este modo de programación, sobre todo los más antiguos, debido a que necesitan un terminal de programación específico o bien un software gráfico instalado en un ordenador. El abaratamiento de los equipos informáticos está favoreciendo el empleo de la programación gráfica.
1.1.1. Lenguaje gráfico de func iones lóg icas (FBD) Algunos autómatas permiten esta forma de programación. Los bloques lógicos se conectan en cascada formando esquemas similares a los utilizados en electrónica digital. Las variables de entrada se representan a la izquierda de los bloques y las de salida a la derecha.
1.1.1. Grafcet (SFC) En el punto 2.6 de la norma IEC1131-3 se contempla la utilización del GRAFCET como método para la resolución de problemas de automatismos secuenciales pudiéndose implementar con los lenguajes estándar aquí estudiados. Algunos fabricantes han establecido operaciones especiales en sus autómatas para que el Grafcet sea programado, bien gráficamente o por lista de instrucciones, sin necesidad de ser implementado en funciones lógicas o contactos. Esto facilita el trabajo del programador a la hora de diseñar y planificar un sistema secuencial.
129
9. Investiga sobre los lenguajes de programación utilizados por modelos de autómatas de Siemens, Omron, Telemecanique y Allen Bradley. ¿Todos utilizan los mismos lenguajes de programación? ¿Es común la nemotecnia utilizada en ellos para las operaciones lógicas e direccionamientos de variables? ¿Cuántos de ellos se rigen por la norma?
Cada vez son más los fabricantes europeos que están integrando los lenguajes de programación del estándar IEC1131-3. Sin embargo, los PLCs de origen asiático y norteamericano, tienen peculiaridades de programación que les hace, en algunos casos, son muy diferentes a los que utiliza dicho estándar. Si bien los lenguajes gráficos (LD, FBD y SFC) son muy similares en lo general (con algunas diferencias), la denominación de las zonas de memoria y su direccionamiento es muy diferente de sus homólogos europeos. En cualquier caso, siempre será necesario estudiar el manual de programación que facilita el fabricante, para conocer los diferentes lenguajes empleados por el PLC y su direccionamiento.
10. Localiza cuáles son los orígenes del GRAFCET y cuál es el motivo de su importancia en la actualidad para el desarrollo de sistemas de control secuencial. Texto sacado de la web: http://edison.upc.edu/curs/grafcet/ El GRAFCET nació en el año 1977 en un grupo de trabajo de la AFCET (Association Française pour la Cybernétique Economique et Technique, Asociación Francesa para la Cibernética Económica y Técnica) creado en el año 1975. En el mes de Junio del año 1982 se crea la norma francesa UTE NF C 03-190 (Diagramme fonctionnel "GRAFCET" pour la description des systèmes logiques de commande). La creación del GRAFCET fue necesaria, entre otros motivos, por las dificultades que comportaba la descripción de automatismos con varias etapas simultáneas utilizando el lenguaje normal. Dificultades similares aparecen al intentar hacer esta descripción con diagramas de flujo o usando los lenguajes informáticos de uso habitual. En el año 1988, el GRAFCET es reconocido por una norma internacional, la IEC848 (Preparation of function charts for control systems, Preparación de diagramas funcionales para sistemas de control) con los nombres Function Chart, Diagramme fonctionnel o Diagrama funcional. La norma IEC no reconoce el nombre GRAFCET porqué las traducciones pueden dar lugar a ambigüedades.
11. Busca si existen autómatas que permiten la programación gráfica del GRAFCET. Si la respuesta es afirmativa, nombra algunos de ellos. En la actualidad son muchos los autómatas que permiten la programación gráfica del GRAFCET. La firma Telemecanique (de origen francés) fue una de las primeras en incorporarlo en su lenguaje PL7. En la actualidad, su software de programación UnityProXL permite este tipo de programación para diferentes modelos de autómatas de la marca. 130
Programación GRAFCET con UnityPro
El software S7-Graph permite la programación gráfica del GRAFCET para os autómatas S7-300 de Siemens.
S7-Graph de Siemens
También algunos modelos del relé programable ZELIO de Telemecanique, permiten este tipo de programación a través del software Zelio Soft.
131
Programación gráfica del GRAFCET en ZelioSof de Telemecanique
132
UNIDAD DIDÁCTICA 11: DISPOSITIVOS DE SEGURIDAD ESTUDIO DEL CASO PAG 315 1. Comenta en clase con tus compañeros y con ayuda del profesor ¿Cuáles son los elementos más peligrosos que se pueden encontrar en las máquinas? Se pueden encontrar numerosos riesgos asociados al uso de la maquinaria, por ello habrá que tener especial precaución con los siguientes aspectos: Punto de operación: zona o lugar en el que el material se forma, se corta, se pulimenta o se labra por medio de la máquina. Transmisión: elemento móvil que traslada la potencial del motor a la máquina. Piezas dotadas de movimiento: brazos, ejes, etc. Alimentación eléctrica: Riesgo de contacto eléctrico directo o indirecto si la alimentación no está correctamente realizada. Parada y puesta en marcha de la máquina: el sistema debe estar adecuadamente diseñado para evitar la puesta en marcha indeseada de la máquina, y la pasada a paro en condiciones de seguridad. Materiales trabajados: sustancias peligrosas, riesgo de proyecciones. Herramientas: Riesgo de rotura y proyección del útil de la máquina. Líquidos para corte y refrigeración: Riesgo de irritación o toxicidad. •
•
• •
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2. A estas alturas del libro, ¿conoces ya algún sistema de seguridad que se pueda aplicar? • •
Setas de emergencia. Cualquiera de estos tipos de sensores utilizados como elementos de seguridad: Finales de carrera. o Sensores inductivos o Sensores capacitivos o o Sensores fotoeléctricos Sensores de ultrasonidos o
3. ¿Se te ocurre alguna manera de aplicarlo al sistema descrito? Encerrar toda la zona donde van a estar ubicados los robots con vallas o similares, dejando una única puerta de acceso. El estado de la puerta de acceso, abierto o cerrado, será detectado por medio de un sensor de los enunciados en el apartado anterior. Se puede diseñar el automatismo de tal forma que cuando la puerta se encuentre abierta, o bien se impida la puesta en marcha de cualquiera de los robots, o se produzca la parada inmediata en caso de que se encuentren funcionando. 4. ¿Qué función tendría la seta de emergencia en la maquinaria de la «Tapicería el Coto»? La seta de emergencia tendría que estar situada en el interior de la zona de robots, en un lugar perfectamente accesible, y su función sería pasar la máquina inmediatamente a la situación de paro en condiciones de seguridad. En caso de que un operario se encontrara dentro de la zona de riesgo y se produjese una puesta en marcha indeseada (alguien cierra el resguardo o se cierra 133
indeseadamente), ésta persona podría accionar inmediatamente la seta de emergencia para detener el movimiento de la máquina y evitar el riesgo. 5. ¿Qué elemento de seguridad instalarías para evitar que cualquier persona acceda a la zona de trabajo (y peligro) en la que se mueve el robot? •
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Cualquier tipo de sensor que detecte la posición de una puerta o resguardo como se explica en la cuestión número 3. Alfombras sensibles alrededor de toda la zona peligrosa, de tal forma, que cada vez que una persona pise sobre ellas, se detenga el movimiento de la máquina. Barreras fotoeléctricas que detecten el paso de personas.
6. ¿Cómo asegurarías que la apertura de un resguardo impidiera el funcionamiento de todos los elementos móviles del robot? • •
Como se explica en la cuestión número 3. Utilizando cerraduras secuenciales que activan determinados contactos en función del estado de abierto o cerrado de la cerradura. Estos contactos se incluirían en el circuito de mando del funcionamiento de los robots.
7. ¿Para qué utilizarías módulos de seguridad en este sistema? Para gestionar el correcto funcionamiento de todos los dispositivos de protección.
ACTIVIDADES FINALES PAG. 334 1. Realiza la actividad propuesta en la Práctica Profesional 1 de esta unidad. El uso de contactores de seguridad está justificado en esta unidad del libro del alumno. En esta actividad práctica, al instalar dos contactores en serie en el circuito de fuerza, y formar un sistema de realimentación redundante, por medio de dos contactos NA en serie (uno de cada contactor), en el circuito de mando, se asegura el funcionamiento del motor, siempre que no haya ningún problema en alguno de los dos contactores. A efectos didácticos, este circuito se puede montar con contactores convencionales, pero es necesario que el alumno entienda importancia de usar contactores de seguridad, ya que al estar sus contactos unidos mecánicamente, si uno falla, el motor no funciona en ningún caso. 2. Sobre el circuito de la actividad anterior, coloca un contacto Normalmente Abierto (NA) en la seta de emergencia y realiza el cableado necesario para que al accionarla se encienda una lámpara de señalización. Dibuja el esquema de mando completo.
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Esquema de mando
Nota: en la primera edición del libro del alumno (Edición 2009), existe una errata en el enunciado de esta actividad. Donde dice “contacto Normalmente Cerrado (NC)” debe decir “contacto Normalmente Abierto (NA)” 3. ¿Cómo conectarías una segunda seta de emergencia en la actividad anterior, para que al accionarla corte el circuito de mando y encienda también la lámpara de señalización? Dibuja el esquema de mando y móntalo sobre el panel de prueba.
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Esquema de mando con la conexión de las dos setas de emergencias
4. Un resguardo móvil protege un espacio en el que hay una máquina peligrosa que se arranca con un motor eléctrico trifásico. Dicho motor solamente se puede poner en marcha si el resguardo se encuentra en la posición de cerrado. Para detectar esta posición, se han instalado dos finales de carrera: S4 se pulsa solamente cuando el resguardo está completamente cerrado y S5 se acciona cuando se encuentra en cualquier otra posición, es decir, abierto. La máquina se gestiona mediante pulsadores de marcha y paro. Además debe preverse la instalación de una seta para detener el circuito ante cualquier emergencia. Se pide: Dibujar los esquemas de mando y fuerza para el arranque del motor cuando se cumpla la condición de que Resguardo esté cerrado Montar y probar el circuito sobre el panel de pruebas. •
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Resguardo en posición de cerrado
Resguardo en posición de abierto
Esquemas de fuerza y mando
5. Realiza la práctica del circuito anterior utilizando un módulo de seguridad para la supervisión de resguardos. Dibuja el circuito de mando con este dispositivo, móntalo sobre el panel de pruebas y comprueba su funcionamiento.
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Es esquema de fuerza es el mismo de la actividad anterior. El esquema de mando es el siguiente:
Esquema de mando con módulo de seguridad para el control de resguardos
6. Diseña y monta el circuito de la actividad 4 utilizando interruptores de seguridad sin contacto (magnéticos) y un módulo de seguridad específico para este tipo de interruptores.
Detalle de conexión de los interruptores magnéticos al módulo de seguridad
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7. Diseña y monta los circuitos de fuerza y mando del puente grúa visto en unidades anteriores, al cual se le ha dotado de dos finales de carrera de seguridad (S5 y S8) en ambos extremos de la máquina. La puesta en marcha, tanto en un sentido como en otro, y la parada se hacen mediante los pulsadores de la botonera. Las setas de emergencia desconectan el motor a través del circuito de mando.
Al puente-grúa, que ya has visto en unidades anteriores, se le han colocado dos finales de carrera de retención (S5 y S8) en ambos extremos del recorrido del carro. Si por algún motivo los finales de carrera convencionales (s6 y S7) no funcionan, los nuevos deben encargarse de parar la máquina y de bloquear el circuito de mando. Si esto ocurre, el operario debe desbloquear la retención manualmente y repara el final de carrera defectuoso. Además de los pulsadores para controlar la inversión del sentido de giro y parada, se ha dispuesto de dos setas de emergencia, ubicadas a ambos extremos del carro.
Esquema de fuerza
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Esquema de mando
8. Utilizando un dispositivo de mando a dos manos y un módulo de seguridad para él, realiza sobre el panel de pruebas el montaje correspondiente para el control de un motor trifásico. Dibuja los esquemas de fuerza y mando, monta el circuito sobre el panel de pruebas y comprueba su funcionamiento. Utiliza los manuales de fabricante para realizar la conexión de los diferentes aparatos que se utilizan en el montaje.
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Esquema de fuerza
Esquema de mando
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