Ejercicios propuestos plc

Problemas de Automatización Industrial. Maestría en Diseño, Producción y Automatización

EPN Facultad de Ingeniería Mecánica

Problema 1: Automatismo para el taladrado de piezas. Dado el proceso de taladrado descrito en la figura, diseñar el diagrama GRAFCET correspondiente a la especificación siguiente: Apretando el pulsador M se iniciará el ciclo, poniéndose el motor MM del taladro en marcha. Al colocar la pieza a taladrar en el lugar correspondiente detectada por el sensor D, a los 5 segundos el taladro comenzará a desplazarse hacia abajo en avance rápido (AR) y en paralelo se sujetará la pieza con dos dos gatos (DA). Detectado el paso por el sensor I1 se comienza el avance lento ( AL) y detectado posteriormente el paso por el sensor S1 retrocederá el taladro ( R) hasta que se detecta el paso por S2, momento en que se para el motor MM y se suelta la pieza ( OP) dejando el automatismo en espera para iniciar un nuevo ciclo pulsando M.

Prof. Javier Sanchis UPV

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Problema 2: Automatismo para proceso de mezclado.

V1

V2

R1

S1

S3

T1

T2

S2

V3

V4

R2

S4

M Depósito 1

Depósito 2 P

S5

Depósito de mezcla V5

Dado el proceso de mezclado descrito en la figura correspondiente según la especificación siguiente:

diseñar el diagrama GRAFCET

1. Cuando pulsamos el interruptor P se abrirán las válvulas V1 y V2 y se comenzarán a llenar los depósitos 1 y 2. 2. Cuando se detecte que están llenos (sensores S1 y S3 respectivamente a 1) se cerraran V1 y V2 y se activará el sistema de control de temperatura de ambos depósitos con las resistencias R1 y R2 respectivamente. 3. Alcanzadas simultáneamente las temperaturas de referencia respectivas en ambos depósitos (detectadas por los sensores T1 y T2 que se ponen a 1 cuando se alcanzan dichas temperaturas), se comenzará el vaciado en el depósito de mezclado. 4. Vacíos los depósitos 1 y 2 (detección cuando los sensores S2 y S4 se ponen a 0) se conectará el motor M para mezclado durante 5 segundos, pasado este tiempo se empezará a vaciar el depósito de mezclado abriendo la válvula V5. 5. Finalizado el vaciado del depósito de mezclado, lo cual se detecta mediante el sensor S5 cuando se pone a 0, se está en condiciones de iniciar un nuevo ciclo.


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Problema 3: Mecanizado automatizado de piezas Especificar el diagrama GRAFCET para automatizar el mecanismo de una máquina de mecanizado de piezas. Las operaciones realizadas sobre la pieza son: un taladrado en la zona A y una soldadura en la zona B. El ciclo de trabajo es la siguiente: Se reemplaza de forma manual en la zona B una pieza terminada, por una sin mecanizar (sensor de pieza P). Al pulsar el botón M, la mesa posiciona a través del accionaminento GIRO una pieza en bruto bajo el taladro (zona A) y la semielaborada bajo el cabezal de soldadura (zona B). Esta situación se detecta gracias a la activación del detector C por medio de la leva. A continuación deben descender los dos cabezales (las velocidades de descenso son, en general, distintas). Una vez que el taladro alcanza la posición inferior (A1), se sube inmediatamente. El cabezal de soldadura se mantiene durante 5 segundos en la posición inferior ( B1) mientras se realiza la soldadura. Cuando ésta finaliza se sube el cabezal. Una vez que se haya retirado la pieza terminada y se haya colocado una nueva, comienza de nuevo el ciclo.

T_up

S_up

A0

B0 T_down

S_down

A1

B1 P leva GIRO C


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Problema 4: Automatismo de limpieza de un estancia. Se desea diseñar un automatismo para mantener limpia de bacterias una determinada estancia. Para ello se mantendrá este lugar a una presión P 1 que es un 10% superior a la atmosférica P A. Para evitar la contaminación, se dispone de una recinto previo o esclusa que permite limpiar el aire y acomodar la presión. El funcionamiento del sistema atendiendo a la figura debería ser el siguiente : 1. Un operario presiona el botón SW1 cuando quiere entrar. 2. La válvula V4 ventila la esclusa hasta que el presostato PS detecta PA,, entonces se cierra V4 y se abre la puerta exterior con el motor Aa, la persona entra (o sale) en la esclusa y después de 10 segundos se cierra la puerta con el motor Ac hasta detectarlo con SW2. 3. Se activa el compresor P y se abrea la válvula V1 hasta que el sensor de presión PS detecta el umbral P1, entonces se cierra V1 y se abrir la puerta interior con el motor Ba, la persona entra (o sale) en la estancia y después de 5 segundos se cierra la puerta con el motor Bc hasta detectarlo con SW3. 4. Para salir de la estancia se aprieta el pulsador SW4 y se sigue el paso 3 y luego el 2. 5. Se dispone de un botón SW5 como mecanismo de seguridad en la esclusa que sirve para salir al exterior en caso de que alguna persona se quedara encerrada en dicha esclusa, en este caso se debe seguir lo expuesto en el paso 2. 6. Una vez iniciada la secuencia que desencadenan los botones SW1, SW4 o SW5, la misma no podrá ser interrumpida por la eventual pulsación posterior de dichos pulsadores hasta que la secuencia haya finalizado. Si hubiera una pulsación simultánea de botones se sigue la prioridad SW5, SW4, SW1. 7. Durante todo el proceso de entrada de una persona habrá una luz encendida L1 dentro de la estancia. V4

V1

P

SW3 SW2

L1 Esclusa PS

Exterior SW 1


SW5

A

Estancia SW4

B

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Problema 5: Automatismo para de transporte de piezas. El dispositivo es un mecanismo para realizar un cruce entre dos cintas transportadoras. Consta de una plataforma giratoria y cuatro cintas transportadoras. Una pieza situada en una de las cintas (1, 2) es transportada hasta la plataforma, donde es transferida a la cinta opuesta (3, 4). Para simplificar el problema sólo se permitirá el transporte en una dirección en las cintas. Las piezas son transportadas en las cintas 1 y 2 hacia la plataforma giratoria, donde se detecta el paso de las piezas por medio de los sensores S1 y S2 (estarán a 1 mientras la pieza traspasa la barrera óptica). La pieza no está sobre la plataforma hasta que no haya traspasado totalmente la barrera óptica de los sensores (sensores a 0). Una vez que la pieza está sobre la plataforma, se hace girar la misma mediante el motor G hasta que transcurran 10 segundos, tiempo que tarda la plataforma en posicionar la pieza enfrente de la cinta correspondiente. Una vez posicionada se deben activar los empujadores de la plataforma mediante la señal de actuación P, y se descargan las piezas de la plataforma sobre las cintas. El control de las cintas de alimentación se realiza mediante los motores M1 (cintas 1 y 3) y M2 (cintas 2 y 4). Importante: Se debe tener en cuenta que la plataforma puede transportar 1 ó 2 piezas

indistintamente, y que no puede comenzar a girar si hay alguna pieza posicionándose, es decir alguno de los sensores S1 ó S2 está a 1. 1 M1

S1 4

M2 G

S2

2 3


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Problema 6: Automatización sistema clasificador. Se pretende automatizar el mecanismo de la figura que se emplea para clasificar los productos en función de su longitud: Si miden menos de la longitud de referencia, se deben colocar en el compartimento A y si miden más, en el compartimento B.

La operación del sistema es la siguiente: 1. Las piezas son transportadas por la cinta ( i) hacia la zona donde están los sensores para comprobar su longitud ( S1 y S2). La separación entre dos piezas sucesivas es mayor que la longitud de referencia (en la zona de medida solo habrá una pieza como máximo en cualquier momento). 2. Si la longitud de la pieza es menor que la longitud de referencia (distancia entre S1 y S2) se debe activar el empujador del compartimento A cuando la pieza salga de la zona de medida. Para ello, se debe detener la cinta y activar el empujador (se maneja con las electroválvulas a0 y a1) para situar la pieza en el compartimento A. El mando del empujador debe estar controlado por los finales de carrera A0 y A1. Cuando el empujador vuelve a su posición de reposo, la cinta se pone de nuevo en marcha. 3. Si la longitud de la pieza es mayor o igual que la de referencia la pieza se debe transportar hacia el compartimento B. Una vez que la pieza está en posición, se detiene la cinta y el empujador del compartimento B realiza las mismas operaciones que el empujador A. Nota: Para activar un empujador la pieza debe estar totalmente frente al compartimento.


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Problema 7: Automatización dosificadora de productos Se pretende automatizar el sistema de la figura utilizado en la dosificación de productos en una planta química.

El sistema consta de tres tolvas A, B y C que contienen productos diferentes, una cinta transportadora, que dispone de dos sentidos de marcha, izquierda Ti y derecha Td y dos vagonetas receptoras del producto BR1 y BR2 situadas en los extremos de la cinta. Se pueden realizar dos mezclas activando cada uno de los pulsadores: M1. Con el contenido de las tolvas A y B encaminándose a la vagoneta BR1. M2. Con el contenido de las tolvas B y C encaminándose a la vagoneta BR2. • •

El vertido de los productos sobre la cinta se controla mediante unas válvulas situadas en cada tolva y unas básculas que pesan la cantidad de producto vertido. Para activar cada válvula se utiliza una señal ( DA, DB, DC) activándose de forma automática las señales FA, FB, FC, provenientes de las básculas al medir la cantidad prefijada de producto (al cerrar la válvula se desactiva de forma automática esta señal). Las especificaciones de control son: Selección del tipo de mezcla mediante los pulsadores M1 y M2, debiendo comenzar el ciclo de trabajo al pulsar cualquiera de ellos. Esperar hasta que la vagoneta correspondiente al pulsador activado este en posición (sensores S1 y S2). Una vez en posición, se debe de arrancar la cinta en el sentido correspondiente y comenzar la dosificación de productos. Al terminar la descarga de productos sobre la cinta, ésta debe de permanecer activada durante 10 segundos más, para la evacuación total del producto. El proceso se detiene hasta la siguiente pulsación. •

•

•

•

•


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Problema 8: Automatización proceso de mezclado de cemento a) En el proceso de la figura, se pretende realizar el volcado de una mezcla de cemento

Para ello se dispone de un sistema de 2 vagonetas que cargan los materiales necesarios (cemento y agua) almacenados en 2 tolvas. Dichas tolvas, disponen de dos accionamientos TC y TA respectivamente, que provocan el vertido de los materiales en las vagonetas. Además FINC y FINA son señales que ofrecen unos dosificadores instalados en las tolvas, indicando que ya se ha vertido suficiente material. El ciclo comienzará mediante la pulsación del pulsador M, siempre y cuando se hallen las vagonetas dispuestas en los puntos A y D (finales de carrera). La vagoneta que cubre el trayecto A --> C, dispone de motor con sentidos de marcha derecha ( MDER1) e izquierda (MIZQ1) y debe detenerse previamente bajo la tolva de cemento (final de carrera B) para realizar la carga. Después se dirigirá al punto C (final de carrera) y se accionará el volcador VOL para dejar caer el cemento a la vagoneta del circuito inferior. El volcado se producirá siempre y cuando la otra vagoneta esté en el punto F (final de carrera). El volcado terminará cuando se activa el sensor de final de volcado ( FVOL). La vagoneta de la parte inferior sólo tiene sentido de marcha a derecha ( MDER2) ya que recorre una vía cirular. Ésta debe comenzar su recorrido cuando la otra vagoneta se situe debajo de la tolva de cemento, después se detendrá a cargar agua en el punto E, para posteriormente dirigirse al punto F y recibir el cemento de la vagoneta superior. Cuando finalice el volcado, la vagoneta superior debe regresar a su punto de partida ( A) y la inferior debe activar su molinete ( MOL) al tiempo que se dirige al punto G. Una vez en G, descargará su contenido con el accionamiento DES. Al finalizar esta descarga (sensor FDES), la vagoneta debe dirigirse al punto D, cerrando el recorrido del circuito. b) Además, nuestro automatismo debe contemplar las siguientes situaciones en materia de

seguridad: Los operarios pueden activar un pulsador de emergencia P, en los siguientes casos: avería en los mecanismos TA y/o TC de las tolvas, avería en los motores de cualquier vagoneta. Si se pulsa P, se procederá a la suspensión de todas las operaciones, con retirada de las vagonetas por parte de los operarios a su lugar de origen. Cuando se desactiva el pulsador P, empezamos el ciclo de mezcla desde el principio. Aparece algún obstáculo en cualquiera de los dos recorridos. El operario pulsa la alarma PO. Esto produce una suspensión del proceso de mezclado temporal, puesto que cuando se desactiva la alarma PO el proceso continua donde se quedó.


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TC

C

B

A

MOL

TA

E

VC

F

D G


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Problema 9: Almacenamiento automatizado

La vagoneta, la cual, inicialmente, está situada en el punto B, tiene incorporado un manipulador capaz de coger un paquete, tanto de la mesa 1 como de la 2. Las cintas transportadoras reciben, de sus correspondientes depósitos de materiales, paquetes que conducirán hasta llegar a sus respectivas mesas. Cuando un paquete llega a una mesa, la cinta en cuestión se deberá parar y con él su depósito. Las cintas y sus depósitos de material asociados funcionarán mientras encuentren accionadas C1 y C2. Si un paquete llega a la mesa 1 se activa M1, mientras que si el paquete llega a la mesa 2, entonces se activará M2. La vagoneta manipulador solo puede coger un paquete cada vez, o bien de la mesa 1, o bien de la mesa 2. Para poder coger el paquete en cuestión, la vagoneta-manipulador debe estar situada en el punto B. Cuando coge el paquete, lo llevará al almacén (punto A), y allí lo descargará. A continuación se muestran las acciones y sensores asociadas a la vagonetamanipulador: CG1 CG2 Ira Irb Des

Cargar de M1 Cargar de M2 Ir al almacén Ir al punto de carga Descarga

A activada B activada CG DC

--

Está en A Está en B Está cargado Está descargado --

El sistema arrancará siempre que no haya emergencia E, la cual se elevará cuando no haya material en alguno de los depósitos de material. Si E se eleva, las cintas se pararán, pero si la vagoneta-manipulador está cargada se descargará. En cualquier caso, la vagoneta-manipulador ha de pararse en B.


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Problema 10: Dosificación y carga automática de materiales La figura representa un sistema de selección de material, dosificación y carga automática para 6 mezclas de materiales AB, AC, BC (sobre la cinta 1) y DE, DF o EF (sobre la cinta 2).

La selección se realiza mediante la activación de los pulsadores p1, p2, p3, p4, p5 o p6 respectivamente, pasando a una operación secuencial de apertura de las tolvas correspondientes que dura hasta que los sensores de dosificación da, db, dc, dd, de, o df se activan. El material se descarga sobre la cinta transportadora correspondiente C1 o C2, que estará activa desde la apertura de la primera tolva y permanecerá activada hasta 30 segundos después de cerrada la segunda y última tolva de la mezcla seleccionada. La selección puede ser o no simultánea en ambas cintas, si bien de una sola mezcla. Las cintas van descargando los materiales a un canalizador, el cual posee un separador interno y permite el almacenamiento simultáneo de mezclas que provengan de ambas cintas, si bien solo una mezcla podrá descargarse en cada ocasión mediante la activación de las trampillas T1 o T2 justo cuando acabe la temporización de 30 segundos descrita en el párrafo anterior. El material se canaliza hasta un contenedor/grúa que se desplaza por raíles, la descarga se podrá realizar siempre que el contenedor grúa se halle colocado en el puesto de carga y no esté utilizándose en una mezcla solicitada previamente. El desplazamiento del contenedor hasta el camión de carga, se producirá 15 segundos


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después de activadas las trampillas T1 o T2 siempre que éste último se encuentre esperando en la posición a. La operación de descarga sobre la unidad de transporte contempla las siguientes suboperaciones, desplazamiento al extremo del raíl, bajada de contenedor hasta alcanzar la altura conveniente, volcado de contenedor VC que dura 15 segundos, equilibrado del contenedor EC que dura 10 segundos, subida de contenedor, retorno hasta posición inicial junto a la canalización. La grúa posee sensores que advierten el final de subida fs, y final de bajada fb.


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