LABORATORIO No. 2: Control de Cilindros de Simple y Doble Efecto mediante Pulsador, Electroválvulas, Relés, Sensores Electromecánicos y Temporizador. W. Campaña, F. Untuña, M. Huacho. Universidad De Las Fuerzas Armadas ESPE - Sangolquí, Ecuador
Abstract- En En este
documento se muestra el diseño electroneumático que permite controlar la operación de un cilindro de doble y uno de simple efecto, la salida del vástago del primer cilindro será debido al accionamiento de un pulsador eléctrico y luego de un determinado tiempo, para ingresar inmediatamente por el accionamiento de un sensor electromecánico, simultáneamente saldrá el vástago del segundo cilindro cuyo retorno obedecerá al accionamiento de un segundo sensor, se detalla un esquema del diseño implementado, figuras de las simulaciones y un diagrama de monitorización del diseño.
I.
Interruptores: Un interruptor es un dispositivo utilizado para cambiar el curso de un circuito, su accionamiento es mecánico y consiste en unir dos contactos entre sí, de manera que permitan cerrar o abrir el circuito eléctrico. Existen tres tipos de contacto que se emplean en los interruptore i nterruptores, s, estos son:
Contacto de cierre normalmente abierto (NA o NO en inglés). Contacto de apertura normalmente cerrado (NC). Contacto múltiple o conmutador (NA – (NA – NC). NC).
INTRODUCCION
La electroneumática es una de las técnicas de automatización que en la actualidad viene cobrando vital importancia en la optimización de los procesos a nivel industrial. Su evolución fue a partir de la neumática, disciplina bastante antigua que revolucionó la aplicación de los servomecanismos para el accionamiento de sistemas de producción industrial. Con el avance de las técnicas de electricidad y la electrónica se produjo la fusión de métodos y dando así el inicio de los sistemas electroneumáticos en la industria, los cuales resultaban más compactos y ´óptimos a diferencia de los sistemas puramente neumáticos. Existen algunos dispositivos electrónicos que permiten realizar ciertas funciones de control en sistemas hidráulicos y neumáticos. Estos elementos intervienen en los circuitos de acuerdo a la función que cumplen y pueden estar divididos en los siguientes grupos: Sensores: Pulsadores e interruptores i nterruptores Finales de carrera Sensores de proximidad Elementos de control: Relés Contactores Presóstatos Electroválvulas PLC’s
Sensores electromecánicos: Son sensores que basan su funcionamiento funcionamiento en una activación mecánica mecánica y al momento de ser activados asocian su funcionamiento a un contacto normalmente abierto o cerrado según el sensor, por ende al activarlos cambian de estado y envían una señal eléctrica, se activan ya sea por contacto o por proximidad. Dentro de este tipo de sensores electromecánicos, los más empleados en los sistemas en estudio son los de final de carrera y los de proximidad, los mismos que se describen a continuación:
Final de carrera mecánico Es también conocido como sensor de contacto o interruptor de lí mite y suele estar ubicado al final del recorrido de un elemento móvil. Internamente puede contener contactos NA, NC o conmutadores, de acuerdo a la operación que cumplan al ser accionados.
Figura 1: Final de Carrera Mecánico
Relés: Es un interruptor de accionamiento electromagnético controlado por electricidad, que permite abrir o cerrar uno o varios contactos que intervienen en circuitos eléctricos independientes. Es utilizado principalmente en circuitos que manejan tensiones o corrientes bajas, por lo que conmutan con poca energía; sin embargo, es capaz de controlar un circuito de salida de mayor potencia que el de entrada. Al igual que en los interruptores, los contactos del relé pueden ser normalmente abiertos (NA), normalmente cerrados (NC) o de conmutación.
Cilindro de doble efecto SAI2026-CL-2:
Figura 4: Cilindro de doble efecto SAI2026-CL-2
Diámetro: 25 mm. Carrera: 125 mm. Tamaño del conector: 1/4” con regulación manual de caudal. Tipo de conector: R (PT). Presión máxima: 1.0 MPa.
Cilindro de simple efecto SAI2027-CL:
Figura 2: Relé
Electroválvulas: Son los dispositivos que permiten convertir las señales eléctricas en señales neumáticas o hidráulicas. Están formadas por dos partes principales: el solenoide y la válvula. El solenoide convierte la energía eléctrica en energía mecánica que permite activar la válvula.
Figura 5: Cilindro de Simple Efecto
II.
METODOLOGIA
Para la implementación del presente sistema neumático se tiene como elementos principales a:
Diámetro: 25 mm. Carrera: 25 mm. Tamaño del conector: 1/4”. Tipo de conector: R(PT). Presión máxima: 1.0 MPa.
Válvula 5/2 vías, monoestable SAI2052-CL:
Compresor portátil Campbell Hausfeld HL410100
Figura 6: Válvula 5/2 vías monoestable SAI2052-CL Figura 3: Compresor portátil Campbell Hausfeld HL410100
Alimentación eléctrica: 120 VAC, 12.5 A, 60 Hz, 1PH Potencia del motor: 1.3 HP Presión máxima: 125 PSI Capacidad del acumulador: 10 galones. Conector de salida de aire: 1/4" R (PT).
Tamaño del conector: 1/4”. Tipo de conector: R (PT). Rango de presión de trabajo: 0.1 a 0.7 MPa. Consumo de energía: 0.55 W Solenoide de 24 VDC, 25 mA. Indicador LED para la activación del solenoide.
Final de carrera eléctrico de activación por rodillo SAI2042-CL:
24 VDC/1.0 A 125 VDC/0.2 A 250 VAC/5.0 A Terminales de 2 mm para usar con los cables conectores.
Módulo temporizador SAI2039:
Figura 7: Final de carrera eléctrico de activación por rodillo SAI2042-CL
Activación mecánica por rodillo. Contacto múltiple (NA – NC). 24 VDC, 200 mA.
Figura 10: Módulo temporizador
Fuente de poder 24 VDC SAI2056:
Tiempo programable entre 0.1 s y 100 h. 7 modos de operación. Inicio de temporización automática o manual. Indicadores LED que muestran el estado del temporizador. Terminales de 2 mm para usar con los cables conectores. 1 contacto conmutable: 24 VDC, 5 A.
III.
Figura 8: Fuente de poder 24 VDC SAI2056:
Voltaje de entrada: 110 VAC Salida: 24 VDC / 2 A. Protección contra cortocircuitos. Interruptor con indicador luminoso.
Módulo de botoneras de tres botones SAI2036:
Figura 9: Módulo de botoneras de tres botones SAI2036
2 botones pulsadores sin retención y 1 botón pulsador con retención. Luces indicadoras independientes en cada botón (12 mA.) 2 contactos conmutables por cada botón:
FUNCIONAMIENTO
El diseño deberá cumplir con el diagrama de fase de la Figura 11, para esto primero se implementa el circuito del esquema neumático y eléctrico ubicados en las figuras correspondientes. Se da un pulso en P1 el cual energizara al relé C1 y al temporizador, con ayuda de un enclavamiento del relé, T1 al pasar un intervalo de tiempo cerrara sus contactos normalmente abiertos, energizando a la electroválvula EV01, esta permite que el vástago del cilindro C1 salga con desplazamiento positivo, una vez que el vástago salga completamente acciona el sensor electromecánico SW1, el cual abrirá sus contactos normalmente cerrados, desenclavando y desactivando el circuito, por ende tanto C1 como T1 quedarán sin alimentación eléctrica, permitiendo que la electroválvula tome su posición original y el vástago regrese con un desplazamiento negativo. En el mismo instante en que se acciona el sensor SW1 se energiza el relé C2 el cual con ayuda de un enclavamiento del relé activa la electroválvula EV02 controlando así la activación y desplazamiento positivo del cilindro C2, cuando el vástago de este cilindro alcance el sensor SW2 se desenclava el relé desactivando el circuito haciendo retornar al cilindro C2 para terminar así el ciclo de funcionamiento del sistema, permitiendo que el proceso pueda ser realizado nuevamente.
Figura 11: Diagrama de Fase del circuito
IV.
ESQUEMA Y SIMULACIONES
En esta sección se incluye la captura de pantallas de las simulaciones realizadas en el software Automation Studio 5, las cuales muestran el comportamiento del circuito antes y después de haber tenido una interacción con el pulsador, primero se observa el diseño tanto neumático Fig. 12 como eléctrico Fig. 13 del sistema. Figura 15: Circuito lleno de aire, energizado.
Figura 12: Esquema Neumático realizado en Automation Studio.
Figura 13: Esquema Eléctrico realizado en Automation Studio.
Figura 16: Activación del pulsador, enclavamiento del relé, temporizador desactivado.
Figura 14: Configuración del temporizador.
Una vez activados los contactos del temporizador se energiza la electroválvula y el vástago del cilindro comenzará a salir con desplazamiento positivo Fig. 17.
proceso. Para comprobar que el circuito funciona como se lo planteo al principio en el diagrama de tiempos se puede monitorizar el comportamiento de los cilindros y pulsador. Fig. 19.
Figura 17: Simulación Activación EV01 y Salida del Vástago.
Cuando el vástago salga completamente activara el sensor SW1 ubicado al final del desplazamiento, este cortara la alimentación eléctrica para C1 y T1, simultáneamente activará la electroválvula EV02 controlando la salida del cilindro C2 Fig. 18.
Figura 19: Diagrama de Monitorización de Cilindro y Pulsador
V.
Figura 18: Activación Sensor SW1, desactivación T1, activación válvula EV02 y cilindro C2.
Cuando el cilindro C2 alcance al sensor SW2, este cilindro retornará, el circuito podrá realizar el proceso nuevamente, pues ningún elemento tiene alimentación eléctrica, se necesita de un nuevo pulso para repetir el
CONCLUSIONES YRECOMENDACIONES
La utilidad de los temporizadores en el diseño electroneumático permite que se puedan sincronizar tareas, o que estas se cumplan en un determinado tiempo, logrando así un mejor uso de recursos, y optimizando el tiempo de trabajo. La unión de dispositivos electrónicos para controlar sistemas neumáticos reduce la complejidad al momento de diseñar e implementar un esquema con actuadores neumáticos. El diseño electroneumático permite que la parte neumática no varíe, para otras aplicaciones futuras implementadas con otros elementos eléctricos, lo que se modifica es la parte electrónica. Siendo este diseño modular, es decir adaptable a diferentes aplicaciones. El software de simulación es de utilidad para comprobar el funcionamiento de un diseño ya que la reacción que se da en una simulación es muy similar a la que se obtienen al momento de realizar la practica en la vida real, esto ayuda a prevenir posibles inconvenientes que se tengan en la implementación y posterior funcionamiento del circuito. Tener muy claro los diagramas de tiempo para la correcta realización, un diseño óptimo y eficiente que cumpla con los requerimientos de la práctica realizada.
El uso de una buena nomenclatura al momento de diseñar un circuito es de gran importancia, ya que así se puede implementar un circuito con pocas probabilidades de fallo.
VII.
El uso de un diagrama de interconexiones permite que un operario pueda implementar el circuito sin inconvenientes, por ende se debe enfatizar en una buena realización del mismo para evitar errores en el proceso de ejecución. Familiarizarse con los instrumentos de los módulos de trabajo como electroválvulas, cilindros, relé, sensores electromecánicos reconociendo en cada uno de estos los puntos de conexión de Presión, Escape, Actuador o alimentación eléctrica si es el caso.
VI.
REFERENCIAS
Hyde, J., Regué, J., &Cuspinera, A. (1997). Control electroneumático y electrónico (Vol. 2). Mar combo. [2] URL: http://electroneumatic.blogspot.com/2011/04/ electroneumatica-basica.html [3] Teja, S. M. (1996). Automatización neumática y electroneumática (Vol. 1). Mar combo [4] Giró, V. L. (1997). Circuitos básicos de electroneumática. Mar combo
AUTORES
Mauricio Andrés Huacho Checa nació en la ciudad de Riobamba a los 18 días del mes de julio de 1989, sus estudios primarios y secundarios los realizó en la Unidad educativa San Felipe Neri de la misma ciudad, allí obtuvo el título de Bachillerato en Ciencias de la Educación especialidad FísicoMatemáticas, actualmente se encuentra cursando la Carrera de Ingeniería Electrónica Automatización y Control en la Escuela Politécnica del Ejército (Sangolquí-Ecuador). William Campana, nació en Quito- ‐Ecuador el 7 de enero de 1989.Realizo sus estudios secundarios en el Colegio Juan Pio Montufar. Actualmente se encuentra cursando el 8 nivel de Ingeniería Electrónica en Automatización y Control en la Universidad de las Fuerzas Armadas – ESPE. Fernando Untuña, nació el 28 de Noviembre de 1990, en la ciudad de Santo Domingo - ‐ Ecuador, Sus estudios primarios fueron realizados en la Escuela "Cuidad de Caracas", sus estudios secundarios en el Colegio "Julio Moreno Espinosa" donde se graduó como bachiller en físico matemático, realizó la suficiencia del idioma ingles en el departamento de idiomas de la institución, actualmente cursa el octavo nivel de educación universitaria en la carrera de “Ingeniería Electrónica Automatización y Control” en la "Escuela Politécnica del Ejército”.
ANEXO A.- Hoja de Trabajo en Laboratorio
