Reporte
Nueva Serie RS Maquinaria de Envasado
CAD-Magazine
Revista de Instrumentacion y control Industrial
Evaluation
Prohibida su Comercialización / Not for Sell
Investigacion
Funcionamiento del Servo
Tipos de Posicionador Neumáticos, electroneumáticos y electroneumático digital.
Educación Educación Posicionador
Posicionador
Interes
Servomotor ¿Qué es?
Curso Especial de Grado. Automatización y Control de Procesos Industriales (ACPI). Universidad de Oriente Núcleo de Monagas.
Abril de 2015
E D ITO R IAL
UNIVERSIDAD DE ORIENTE NÚCLEO DE MONAGAS INGENIERIA DE SISTEMAS CURSO ESPECIAL DE GRADO AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL INDUSTRIAL CONTROLADORES DE POSICIÓN EDITORA: MARIA VIRGINIA MARCANO VALDEZ EDITORA ASOCIADA: ESTEFANIA JÁUREGUI PEREIRA DISEÑO: MARÍA VIRGINIA MARCANO VALDEZ Y ESTEFANIA JÁUREGUI PEREIRA EQUIPO: CAD UNIDAD II: CONCEPTOS BÁSICOS DE CONTROL.
CONTENIDO
Conclusiones
Servomotor Es un dispositivo igual similar a un motor de corriente.
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Posicionador Es un instrumento que posiciona el vastago de una valvula cuando este no presenta presión.
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Tipos de Posicionadores Los posicionadores. pueden dividirse neumáticos, electroneumáticos y electroneumático digital .
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Noticias de Interes Noticias de interes sobre la UDO.
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Conclusiones Cierre, conclusiones y las referencia en las cuales se basó esta revista.
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NOTA EDITORIAL CAD-Magazine es una revista universitaria, que tuvo su origen en el curso especial de grado del año 2014, en el área de automatizacion y control de procesos industriales, de la especialidad de ingenieria de sistemas en la Universidad de Oriente núcleo de Monagas. En esta segunda presentacion aportando conocimientos sobre los controladores de posicion, esperando que la informacion sea de total agrado a los lectores y de igual manera se les invita a continuar leyendo futuras ediciones.
INTRODUCCIÓN
Los procesos de producción hoy en día son de vital importancia en toda industria buscando que el control realizado por trabajo del hombre sea sustituido por la máquina, es decir, automatizarlo y esto es posible mediante la instrumentación en conjunto con otras herramientas y técnicas de esta área. Para el control de los procesos industriales se requiere de la intervención de diferentes controladores, en este caso se discutirá sobre el controlador de posición, también conocido como posicionador. El surgimiento de los controladores de posición fue para cubrir la necesidad de precisar el funcionamiento de manera óptima en términos de tiempo de respuesta, en emplear funciones donde el trabajo por la mano del hombre es riesgoso, entre otros motivos fue el impulso de la utilización de este controlador de posición, siendo unos de los instrumentos de control más esenciales en la industria tanto desde su surgimiento como en la actualidad. Debido a su diseño y materiales, las válvulas pueden abrir y cerrar, conectar y desconectar, regular, modular o aislar una enorme serie de líquidos y gases, desde los más simples hasta los más corrosivos o tóxicos, soportan un amplio rango de temperatura y de presiones, de esta forma a continuación estaremos profundizando más sobre dicho controlador.
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Servomotor. También llamado servo.
Un servomotor es un dispositivo similar a un motor de corriente continua que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de su rango de operación, y mantenerse estable en dicha posición, es decir, un servomotor es un motor eléctrico que puede ser controlado tanto en velocidad como en posición. Es posible modificar un servomotor para obtener un motor de corriente continua que, si bien ya no tiene la capacidad de control del servo, conserva la fuerza, velocidad y baja inercia que caracteriza a estos dispositivos. Los servomotores hacen uso de la modulación por ancho de pulsos (PWM) para controlar la dirección o posición de los motores de corriente continua. La mayoría trabaja en la frecuencia de los cincuenta hercios, así las señales PWM tendrán un periodo de veinte milisegundos. La electrónica dentro del servomotor responderá al ancho de la señal modulada. Si los circuitos dentro del servomotor reciben una señal de entre 0,5 a 1,4 milisegundos, éste se moverá en sentido horario; entre 1,6 a 2 milise-
gundos moverá el servomotor en sentido anti-horario; 1,5 milisegundos representa un estado neutro para los servomotores estándares. Los servomotores pueden ser neumáticos, eléctricos, hidráulicos, digitales y manuales, si bien se emplean generalmente los dos primeros por ser más simples, de actuación rápida y tener una gran capacidad de esfuerzo. Puede afirmarse que el 90% de las válvulas de control utilizadas en la industria son accionadas neumáticamente. Los Servos son sumamente útiles en robótica. Los motores son pequeños, tiene internamente una circuiteria de control interna y es sumamente poderoso para su tamaño. Un servo, por consiguiente, no consume mucha energía. Se muestra la composición interna de un servo motor en el cuadro de abajo. Podrá observar la circuiteria de control, el motor, un juego de piñones, y la caja. También puede ver los 3 alambres de conexión externa. Uno es para alimentación Vcc (+5volts), conexión a tierra GND y el alambre blanco es el alambre de control.
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Nueva serie RS de maquinaria de envasado Coalza La serie RS de Coalza se caracteriza por su robustez y fiabilidad, así como por su facilidad de manejo y configuración a través de su pantalla táctil. El control de la soldadura por servomotor otorga mayor flexibilidad y velocidad de producción. Las máquinas M estan especialmente diseñada para funcionar sincronizada con pesadoras multicabezal, por lo que son adecuadas para el envasado de cualquier producto que requiera precisión en el peso y alta velocidad. El modelo RS400-M Doy-Pack incluye el equipamiento necesario para formar, llenar y sellar bolsas doy-pack. La máquina puede ir acompañada de una serie de complementos automáticos como: cinta extractora de paquetes, elevador de alimentación, codificador de termoimpresión o de transferencia térmica para fechas, números de lote, códigos de barras, etc.
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Funcionamiento del Servo
La imagen muestra un servomotor
El motor del servo tiene algunos circuitos de control y un potenciómetro (una resistencia variable) esta es conectada al eje
central del servo motor. En la figura se puede observar al lado derecho del circuito. Este potenciómetro permite a la circuiteria
de control, supervisar el ángulo actual del servo motor. Si el eje está en el ángulo correcto, entonces el motor está apagado. Si el circuito chequea que el ángulo no es el correcto, el motor girará en la dirección adecuada hasta llegar al ángulo correcto. El eje del servo es capaz de llegar alrededor de los 180 grados. Normalmente, en algunos llega a los 210 grados, pero varía según el fabricante. Un servo
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La siguiente figura muestra las piezas dentro del servomotor:
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normal se usa para controlar un movimiento angular de entre 0 y 180. La cantidad de voltaje aplicado al motor es proporcional a la distancia que éste necesita viajar. Así, si el eje necesita regresar una distancia grande, el motor regresará a toda velocidad. Si este necesita regresar sólo una pequeña cantidad, el motor correrá a una velocidad más lenta. A esto se le llama control proporcional.
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Posicionador
para cierto producto; un ejemplo de esto sería la magnitud de flujo debido a la rapidez inconstante en el tiempo que puede tener cualquier fluido usado en cualquier proceso industrial.
Existen casos en donde es preferible no usar posicionador debido a que se presentan cambios bruscos durante el proceso que realiza
El posicionador es un servomecanismo neumático que se usa como componente en los sistemas de control de proceso para mejorar las
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Posicionador de Válvula
El posicionador es el instrumento que posiciona el vástago de una válvula cuando éste no presenta la presión aplicada para su movimiento.
Este instrumento es uno de los más usados por las industrias debido a que aproxima a un valor casi exacto la posición del vástago, evitando así perdidas que no favorecen a las empresas
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características del funcionamiento de válvulas por reducción de la histéresis. También conocido por servoneumático.
Un posicionador de válvula es básicamente un dispositivo que censa tanto la señal de un instrumento (controlador) como la posición del vástago de una válvula. Su función principal es la de asegurar que la posición de este vástago corresponda a la señal de salida del controlador o regulador. Por ejemplo, si el posicionador recibe una señal neumática de 35%, debe dar la suficiente presión de aire al actuador para hacer que el recorrido del vástago sea de 35% de todo su rango. Puede efectivamente ser descrito como un controlador de lazo cerrado, que tiene como señal de entrada a la del instrumento, su salida que va al diafragma del actuador y su señal de realimentación proveniente del vástago de la válvula. Es usado en válvulas que operan en rango partido, para invertir la acción de una válvula de control, para superar las fuerzas de fricción dentro de una válvula y en aplicaciones que requieren un control rápido y preciso. Normalmente, se monta sobre la válvula de control.
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Función del Posicionador Las fuerzas de desequilibrio que actúan en la válvula de control influyen en la posición del vástago de la válvula y hacen que el control sea errático e incluso inestable. Estas fuerzas, son básicamente las siguientes: 1. Fuerza de rozamiento del vástago al deslizarse a través de la empaquetadura, variable según el vástago esté en movimiento o parado y según el estado de su superficie. 2. Fuerza estática del fluido sobre el obturador, que depende de la presión diferencial existente, o sea, del grado de abertura de la válvula y de las presiones anterior y posterior a la misma. Estas fuerzas pueden compensarse empleando el posicionador. Esencialmente, es un controlador proporcional de posición con punto de consigna procedente del controlador, variable entre 0,2 a 1 bar (3 a 15 psi según sea la señal estándar adoptada).
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El posicionador compara la señal de entrada con la posición del vástago y, si ésta no es correcta (existe una señal de error), envía aire al servomotor o bien lo elimina en el grado necesario para que la posición del vástago corresponda exactamente, o bien sea proporcional, a la señal neumática recibida; en este último caso, el posicionador actúa además como un amplificador, por ejemplo señal de entrada 3-9 psi, señal de salida 3-15 psi, es decir, la válvula efectuará toda su carrera para la señal 3-9 psi del controlador.
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Tipos de Posicionadores Los posicionadores pueden dividirse en: neumáticos, electroneumáticos y electroneumático digital.
Neumáticos El posicionador neumático es generalmente un instrumento neumático del tipo de equilibrio de fuerzas. La fuerza ejercida por un resorte de margen, comprimido por una leva unida al vástago de la válvula, se equilibra contra la fuerza con que actúa un diafragma alimentado neumáticamente por un relé piloto. El posicionador neumático consiste básicamente de un fuelle que recibe la señal del controlador, una barra fija al fuelle por un lado y un relé neumático cuya tobera forma un sistema tobenaactuador con la barra. Mientras el fuelle se mueve respondiendo al cambio de la señal del instrumento, el arreglo tobera-obturador se mueve, admitiendo aire al diafragma o expulsando aire del mismo, hasta que la posición del vástago corresponda a la señal enviada por el controlador. En ese momento el posicionador estará nuevamente en equilibrio con la señal de control.
Electroneumático Digital
Electroneumáticos Es un dispositivo de balance de fuerzas y se puede utilizar con acción directa o acción inversa, estos posicionadores electroneumáticos surgieron por el uso cada vez mayor de sistemas de control electrónicos que actúan sobre válvulas de control neumáticas. En el posicionador electroneumático el transductor es del tipo de equilibrio de fuerzas y varía su presión de salida hasta que la fuerza, producida por el sistema de realimentación, equilibra la fuerza generada por la bobina electromagnética. Básicamente, consisten en una combinación de un conversor de corriente a presión (I/P) y un posicionador. Ante la aparición de los controladores electrónicos y la necesidad de controlar válvulas neumáticas, aparecieron los denominados conversores de corriente a presión (I/P). Estos convierten las señales estándar de 4-20 mA en señales neumáticas para actuar sobre la válvula de control o el posicionador respectivo.
El posicionador electroneumático digital funciona del modo siguiente: un motor paso a paso de c.c. es excitado por la señal de entrada en escalón y gira unos 200 pasos por revolución, con un total de 5 revoluciones para el campo de medida total. El eje del motor arrastra, en su giro, una tuerca que tensa un resorte. Éste actúa sobre el conjunto tobera-obturador y el relé piloto, alimentando la válvula a una señal neumática proporcional a la señal de entrada. La realimentación es proporcionada por una palanca fijada al vástago de la válvula. La señal neumática a la válvula se mantiene en un valor fijo cuando el momento creado por el resorte del mecanismo de tornillo iguala el momento producido por el resorte de la palanca de realimentación. Este posicionador es muy sensible y cambia la posición de la válvula en ambos sentidos con sólo una variación en escalón del 0,05%.
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NOTICIAS DE INTERES. Se informa a la Comunidad Estudiantil que ha iniciado el Proceso de Retiro: Pasos a seguir: 1. debe ingresar al Sistema de Caja (en el siguiente Link: http://caja.monagas.udo. edu.ve), realizar la solicitud de arancel de Retiro de Asignatura (0,10 U.T. por asignatura a retirar) y dirigirse a una de las Cajas del Núcleo para que sea validado el pago O si posee Tarjeta de Debito puede pasar por una de las Taquillas del D.A.C.E. solicitando cancelar el Arancel correspondiente al Retiro de Asignatura; y 2. luego de haber completado el PRIMER PASO deberá esperar 16 horas Hábiles para acceder a tu IntraDACE (en el siguiente Link: http://dace.monagas.udo.edu.ve/ sess/) y realizar. http://twitter.com/dacemonagas http://www.facebook.com/pages/Dacemonudo/154531554587096
Se informa a la Comunidad UDISTA y en General la publicación de las fechas y sedes de los próximos Actos de Grado de la Universidad de Oriente correspondientes al año 2015.
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Cierre. Antes de los controladores, el control sobre las válvulas solo ejercían funciones muy básicas, permitiendo al hombre un control sobre el paso o la obstrucción del fluido. Con la aplicación de los controladores, para este caso con un enfoque hacia las válvulas de posición, siendo la combinación de una válvula más un posicionador, de esta manera el posicionador tiene la capacidad de ejercer un una acción reguladora sobre la válvula, específicamente actúa directamente sobre el vástago de la misma. El vástago es la parte de la válvula que permite la apertura o cierre del fluido a través de la válvula mediante el obturador que puede ser de tipo compuerta o persiana, esto con el fin de reducir el impacto que tendrá el fluido al momento de la apertura. Bajo el mismo orden de ideas, el hombre ha sentido la inquietud de automatizar lo que tiene en su entorno (tanto cercanos como lejanos) apoyándose sobre las máquinas para satisfacer dicha inquietud o necesidad, esto se debe a que el con-
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trol que efectúa el hombre sobre una válvula, tan simple como la de abrir un grifo de agua en una casa. El hombre se dio cuenta que por su propias fuerzas se realizaban con un margen de error, y con esto trae posibles accidentes, consumo no óptimo de recursos tanto material como humano. Surgiendo la interrogante: ¿Cómo pues el hombre puede obtener un control que le permita evitar pérdidas y maximizar la producción con el menor esfuerzo humano, material y tiempo de producción? La respuesta a la interrogante anterior es sencilla pero muy útil en diferentes áreas que en la actualidad se conocen, el uso del posicionador es el que actuara sobre el vástago, dependiendo de la naturaleza de la señal de presión que se vaya a controlar, es recibida por el posicionador por medio de una tobera de manera neumática convirtiendo la señal de presión en una acción mecánica de control, como resultado exacto el posicionador recibe el valor y posteriormente ejerce la acción sobre el vástago, y éste en la válvula.
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Conclusiones Hoy en día para toda industria o empresa que requiera de un controlador de posición para sus procesos de producción se ha convertido en una necesidad primordial ya que con estos dispositivos de control de procesos han demostrado su eficiencia frente a métodos tradicionales de control. Sin duda, a medida de su desarrollo de nuevos prototipos han abarcado más terreno y siendo considerado como un instrumento esencial dentro de la industria. Desde un enfoque de seguridad los posicionadores o controladores de posición han tomado una operacional estable ya que este permanece en la prevención de accidentes en el área laboral, aportando una continua monitorización y control sobre las válvu-
las que se encuentren ejecutando su respectivo control y regulación del paso de los fluidos que interactúen en todas las operaciones. Para el óptimo funcionamiento de estos dispositivos de control, es necesario que la empresa adiestre a su personal incluyendo la cultura organizacional para un alcance en cuanto a los mantenimientos de los equipos, manejo adecuado de herramientas, maquinaria e infraestructura en general, entre otros. Con la finalidad de evitar o prever posibles accidentes o atender a tiempo alguna anomalía. De esta manera beneficiando y agregando valor a su empresa, ya que además de mejorar la producción minimiza los índices de accidentes.
Referencias
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AEROTECH, Componentes y sistemas de control de movimiento y posición, [página web en línea]. Disponible en: http://www.aerotech.com/media/117366/ aerotech-es.pdf [2015, 14 Abril] CREUS, Antonio, Instrumentación Industrial, 8° edición, México: Editorial Alfaomega, 2010. Pág 441. ISBN:1254 978-607-707-042-9 José C. Villajulca, Los posicionadores de valvulas: conceptos claros y definitivos, http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/instrumentacion/curso-completo-instrumentacion-industrial/item/224-los-posicionadores-de-valvulas-conceptos-claros-y-definitivos.html [2015, 18 Abril] Luis E. Espinosa Maya, Jorge L. Barahona Avalos y Fernando Reyes Cortés , nuevos controladores de posición para robot manipuladores basados en funciones hiperbólicas., http://www.researchgate.net/profile/Jorge_Luis_Barahona-Avalos/publication/267207149_NUEVOS_CONTROLADORES_DE_POSICIN_ PARA_ROBOT_MANIPULADORES_BASADOS_EN_FUNCIONES_HIPERBLICAS/ links/5474a8cd0cf2778985abee4f.pdf [2015, 18 Abril] Wikipedia® Servomotor http://es.wikipedia.org/wiki/Servomotor [2015, 18 Abril] Wikipedia®, Posicionador http://es.wikipedia.org/wiki/Posicionador [2015, 18 Abril]