CICLO FORMATIVO: AUTOMATIZACIÓN Y
ROBÓTICA INDUSTRIAL (G.S)
MÓDULO: SISTEMAS ELÉCTRICOS,
NUEMÁTICOS E HIDRÁULICOS.CURSO 1º.
BLOQUE 1: AUTOMATIZACIÓN ELÉCTRICA
PROFESOR:
JOSE ANTONIO ORTUÑO RAMÍREZ
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Asignatura: Sistemas electricos, Profesor: , Carrera: Periodismo, Universidad: UCM
Tipo: Apuntes
2013/2014
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CICLO FORMATIVO: AUTOMATIZACIÓN Y
ROBÓTICA INDUSTRIAL (G.S)
MÓDULO: SISTEMAS ELÉCTRICOS,
NUEMÁTICOS E HIDRÁULICOS.CURSO 1º.
BLOQUE 1: AUTOMATIZACIÓN ELÉCTRICA
PROFESOR:
JOSE ANTONIO ORTUÑO RAMÍREZ
UNIDAD 2: AUTOMATISMOS INDUSTRIALES BÁSICOS
2.1 INTRODUCCIÓN AL ÁLGEBRA DE BOOLE. PUERTAS LÓGICAS
Funciones lógicas. Puertas lógicas
Función AND (Y)
Con dos o más entradas binarias (binario significa que pueden tomar dos valores 0 o 1, o lo que es lo mismo, abierto que sería 0 o cerrado que sería 1), esta puerta realiza la función booleana de la multiplicación.
Su salida será un “1” cuando todas sus entradas también estén en nivel alto. En cualquier otro caso, la salida será un “0”. El operador AND se lo asocia a la multiplicación, de la misma forma que al operador SI se lo asociaba a la igualdad. En efecto, el resultado de multiplicar entre si diferentes valores binarios solo dará como resultado “1” cuando todos ellos también sean 1, como se puede ver en su tabla de verdad de 2 variables:
A B S=AB 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1*
Ejercicio: Realizar la tabla de verdad de 3 variables de entrada (A, B y C)
Podemos pensar en esta puerta como una lámpara, que hace las veces de salida, en serie con la fuente de alimentación y dos o más interruptores, cada uno oficiando de entrada. La lámpara se encenderá únicamente cuando todos los interruptores estén cerrados. En este ejemplo, el estado de los interruptores áes “1” cuando están cerrados y 0 cuando están abiertos. La salida está en 1 cuando la lámpara está encendida, y en 0 cuando está apagada.
CIRCUITO ELÉCTRICO
Ecuación digital: s= ab*
Función OR (O)
La función booleana que realiza la puerta OR es la asociada a la suma, y matemáticamente la expresamos como “+”. Esta puerta presenta un estado alto en su salida cuando al menos una de sus entradas también está en estado alto.
F = ab + ab
a b
a b
a
a
b
b
PUERTA NOR
Su respuesta es contraria a la de la puerta OR. Solo cuando tengamos nivel bajo de tensión en todas las entradas se obtendrá un nivel alto a la salida
RESUMEN DE LAS PUERTAS Y TABLAS
Ejercicios de ANÁLISIS
Cuando tenemos un circuito dado y se nos pide averiguar su función estamos ante un ejercicio de ANÁLISIS.
Vamos a ver un ejemplo
Para resolver un ejercicio de ANÁLISIS, iremos colocando a la salida de las diferentes puertas, el resultado de “la operación” (cómo se ha indicado en el circuito anterior). A la salida de la última puerta el resultado es el de la función que está implementada en el circuito. En ocasiones es útil obtener la tabla de verdad del circuito, para lo cual podemos utilizar la fórmula obtenida. En este caso tenemos dos entradas, por lo que tenemos 2 2 =4 estados.
a b F (^) F = ab + ab (^0 0 0) F = 0 · 0 + 0 · 0 = 0 · 1 + 1 · 0 = 0 + 0 = 0 (^0 1 1) F = 0 · 1 + 0 · 1 = 0 · 0 + 1 · 1 = 0 + 1 = 1 (^1 0 1) F = 1 · 0 + 1 · 0 = 1 · 1 + 0 · 0 = 1 + 0 = 1 (^1 1 0) F = 1 · 1 + 1 · 1 = 1 · 0 + 0 · 1 = 0 + 0 = 0
EJERCICIO RESUELTO 1: Sacad la expresión de salida de la siguiente conexión de puertas lógicas:
EJERCICIO RESUELTO 2: Sacad la expresión de salida de la siguiente conexión de puertas lógicas:
A continuación podemos observar un Contactor con sus contactos auxiliares ya montados:
Marcado de bornes:
- Bobina : se marca con A1 y A.
- Contactos auxiliares : Como ya hemos nombrado, existen contactos normalmente abiertos (NO) o (NA) y normalmente cerrados (NC).
- Contactos NO (Normalmente abiertos) .- Se les asignarán números de 2 cifras, la primera cifra indica el número de orden y la segunda deberá ser 3 y 4. Ejemplos: 13- 23 -24, 33-34.
- Contactos NC (Normalmente cerrados) .- Se les asignarán números de 2 cifras, la primera cifra indica el número de orden y la segunda deberá ser 1 y 2. Ejemplos: 11- 21 -22, 31-32.
- Contactos principales : Se marcan con los siguientes números o letras: 1-2, 3-4, 5-6, o L1-T1, L2-T2, L3-T.
- El Contactor se denomina con las letras KM seguidas de un número o KA seguidas de un número si actúa como contactor auxiliar
Contactores Auxiliares o de Mando
Se denominan contactores auxiliares o de mando a aquellos que no disponen de contactos de potencia. Pueden tener el mismo aspecto físico que los contactores de potencia, pero con la diferencia de estar dotados solamente con un conjunto de contactos auxiliares abiertos y/o cerrados. Se utilizan en los circuitos de automatismos para operaciones de maniobra. Una forma sencilla de diferenciar un contactor auxiliar de uno de potencia, es observar que todos sus contactos están identificados con números dobles (13-14, 21,22, 31-32, etc.). El Contactor se denomina con las letras KA seguidas de un número si actúa como contactor auxiliar. Categorías de empleo de los contactores según IEC (Comité Electrotécnico Internacional) Norma IEC 158-
CATEGORÍA DE SERVICIO
APLICACIÓNES
AC1 Cargas puramente resistivas para calefacción eléctrica, hornos etc… AC2 Mezcladoras, centrifugadoras, ... AC3 Motores asíncronos de jaula de ardilla: aparatos de aire acondicionado, compresores, ventiladores, .... AC4 Motores asíncronos para grúas, ascensores, ..
DEFINICIÓN DE LAS CATEGORÍAS DE EMPLEO SEGÚN IEC 158-
Procedimiento para elegir un contactor electromagnético:
1º Se determina la Intensidad Nominal (In)
2º Se deduce la categoría en función de la naturaleza y uso del receptor mediante la tabla de categorías.
3º Una vez determinada la categoría de servicio y elegido el contactor se determina la Intensidad cortada (Ic) mediante la siguiente tabla:
Categoría de Servicio
Ic/In(A) Cos φ
AC1 1 0, AC2 2,5 0, AC3 6 0, AC4 6 0,
4º Mediante las tablas facilitadas por el propio fabricante del contactor se determina el calibre de los mismos entrando en dichas tablas con el valor de la intensidad cortada deducida en el paso anterior.
Siempre se ha de elegir un calibre de contactor que sea inmediato superior al valor de la intensidad cortada , ver la siguiente tabla:
Calibre
AC3 9 12 18 25 32 40 50 65 80
AC
AC
AC1 18 25 32 40 50 60 80 80 125
5º Finalmente se ha de determinar el contactor en función de la intensidad nominal
Ejemplo:
Elegir el contactor más adecuado para el arranque de un motor asíncrono trifásico de una máquina mezcladora de material de las siguientes características: tensión de la red 400 V, potencia 12KW y factor de potencia 0,65.
Solución:
Empezaremos calcula la intensidad nominal:
In = P/(raíz(3)4000,65)= 26,24 A
Al ser el receptor inductivo con un factor de potencia de 0,65 la categoría de servicio que se elige es AC2.
La corriente cortada es:
Ic=In2,5=26,642,5=66,60 A
La intensidad nominal del contactor será 75 A según la tabla de calibres de contactores.
- Relé Térmico: Los bornes principales se marcarán como los contactos principales del contactor, 1-2, 3-4, 5-6, o L1-T1, L2-T2, L3-T3. Los contactos auxiliares serán, 95-96 contacto cerrado y 97-98 contacto abierto.
SÍMBOLO:
Elección del Relé Térmico:
Para la elección de este mecanismo hay que tener en cuenta el tiempo máximo que puede soportar una sobreintensidad no admisible, y asegurarnos de que la intensidad del receptor esté comprendida dentro del margen de regulación de la intensidad del relé.
2.2.3 RELÉS AUXILIARES
También son conocidos como relés industriales. Disponen de un circuito electromagnético y un conjunto de contactos, siendo su funcionamiento idéntico al de un contactor.
Los relés suelen tener un tamaño mucho más reducido que el de los contactores.
Generalmente los contactos y el circuito electromagnético de un relé se encuentran alojados en un cabezal de material transparente que se enchufa sobre el zócalo en el que se encuentran los bornes de conexión. Este sistema permite cambiar con facilidad los que se encuentran en estado defectuoso, sin necesidad de desconectar cables.
Zócalos y cabezas de relés auxiliares Relé completo
Símbolo del Relé ( Letra K)
2.2.4 ELEMENTOS DE ACCIONAMIENTO
PULSADORES
Los pulsadores son elementos de accionamiento que sirven para cerrar o abrir un circuito permitiendo el paso o no de la corriente a través de ellos. Existen tres tipos:
- Pulsador de paro. Símbolo: (Numeración 1-2)
- Pulsador de marcha. Símbolo: (Numeración 3-4)
- Pulsador de doble cámara. Símbolo:
Otro tipo de pulsadores son los pulsadores de parada de emergencia rojos que sirven para desconectar la instalación en situaciones de peligro. Las máquinas e instalaciones han de llevar, de acuerdo con la directiva de máquinas, un dispositivo de parada de emergencia que permita evitar o limitar un eventual peligro en una eventual situación de emergencia.
2.3 ARRANCADOR PROGRESIVO
Los arrancadores electrónicos son equipos electrónicos tiristorizados que, mediante el control de las tres fases del motor asíncrono, regulan la tensión y la corriente durante su arranque y parada, realizando un control efectivo del par.
Los sensores de corriente incorporados le envían información al microprocesador, para regular el par ante las diferentes condiciones de carga y proteger al motor de sobrecargas.La protección térmica está integrada en el arrancador.
Se recomienda utilizar un arrancador progresivo cuando sea necesario :
- Reducir los picos de corriente y eliminar las caídas de tensión en la línea.
- Reducir los pares de arranque.
- Acelerar, desacelerar o frenar suavemente, para la seguridad de las personas u objetos transportados.
- Arrancar máquinas progresivamente, en especial aquellas de fuerte inercia,
- Adaptar fácilmente el arrancador a las máquinas especiales.
- Proteger al motor y a la máquina con un sistema de protección muy completo.
- Supervisar y controlar el motor en forma remota.
El motor acelera sin producir picos de par o de corriente. No pueden controlar la velocidad, ya que no varían la frecuencia, y no producen ahorros energéticos. Suelen instalarse en motores de mas de 10 Kw.
Veamos el esquema de instalación.
2.4 SENSORES
Un sensor lo podemos definir como un dispositivo que transforma una señal Mecanica, quimica, Presencia, Presion, temperatura etc en una señal eléctrica para poder ser detectada por un sistema de control. Hay diferentes tipos de Sensores para cada aplicación donde lo importante es su proceso de detección mediante el cual transforman una señal normal en una señal eléctrica.
2.4.1 INTERRUPTORES DE POSICIÓN (FINALES DE CARRERA)
Tambien denominados finales de carrera. Basan la deteccion en el contacto mecanico del elemento a detectar con una parte del sensor (pulsador, palanca, etc). Este contacto mecanico produce la apertura o cierre de un interruptor.
2.4.2 CAPTADORES O SENSORES DE ESTADO SÓLIDO (ESTÁTICOS)
Permiten detectar objetos sin contacto. Su funcionamiento está basado en el disparo de un circuito electrónico, que genera una señal de salida cuyo comportamiento, desde el punto de vista eléctrico, es similar al de un contacto electromecánico de apertura o de cierre.
Figura: Contactos NA y NC
Algunos modelos se conectan directamente a los actuadores (bobinas de relés y contactores,
lámparas, etc…) y otros necesitan una unidad de acondicionamiento.
2.4.3 SENSORES FOTOELÉCTRICOS
Utilizan un rayo de luz (visible o de infrarrojos) como elemento de detección.
La barrera luminosa se establece entre una célula emisora y otra receptora. Pueden estar
alojadas en una misma base o en bases separadas.
Así, los detectores fotoeléctricos se clasifican en los siguientes tipos:
- De barrera. El emisor y el receptor se encuentran en diferentes contenedores y es necesario alinearlos con precisión. Se utilizan para grandes distancias( hasta 60 m)
- Reflex. El emisor y el receptor se encuentran alojados en el mismo contenedor, el cual es necesario alinear con un espejo reflector. Se utilizan para distancias medias ( hasta 15 m).
- De proximidad. Su funcionamiento es similar a los de tipo réflex, no siendo necesario el espejo reflector. El propio objeto a detectar es el encargado de reflejar el haz luminoso. Se utilizan para cortas distancias (entre 1 y 10 cm).
2.4.4 SENSORES INDUCTIVOS
Son detectores de proximidad y detectan exclusivamente objetos de material metálico.
Su campo de acción es muy reducido, no superando los 60 mm en los modelos de mayor potencia.
2.4.5SENSORES CAPACITIVOS
Detectan objetos de cualquier tipo, conductores y no conductores, como por ejemplo: metales,
minerales, plástico, vidrio, cartón, cuero, cerámica, fluidos,etc…
Su aspecto físico y alcance es similar al de los inductivos.
2.4.7 CONEXIÓN DE LOS SENSORES DE PROXIMIDAD
Según el tipo de conexionado, los sensores de proximidad (inductivos, capacitivos, fotoeléctricos,etc…) pueden ser de 2 hilos y de 3 hilos.
a) CONEXIÓN A 2 HILOS
La conexión de estos sensores es similar los electromecánicos. Es decir, se conectan en serie entre la carga y la red de alimentación.
Existen modelos para diferentes tensiones y tipos de corriente (alterna y continua). Estos son algunos ejemplos de conexión:
La carga puede ser una bobina de contactor o un relé industrial de tensión y tipo de corriente idéntica a la de trabajo del propio detector.
b) CONEXIÓN A 3 HILOS
Estos sensores disponen de 3 hilos. Dos de ellos son para su alimentación desde una fuente de corriente continua auxiliar y el restante para la salida a la carga.
En función del tipo de conmutación los sensores de tres hilos pueden ser PNP y NPN. En los primeros la salida es positiva y en los segundos, la salida es negativa. Es importante tener esto en cuenta, ya que la carga se conecta de diferente forma en cada uno de ellos.