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AUTOMATIZ

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INICIACIÓN A LA AUTOMATIZACIÓN MEDIANTE EJERCICIOS PRÁCTICOS

INICIACIÓN A LA AUTOMATIZACIÓN MEDIANTE EJERCICIOS PRÁCTICOS Miguel López Ramírez

«Cualquier forma de reproducción, distribución, comunicación pública o transformación de esta obra sólo puede ser realizada con la autorización de sus titulares, salvo excepción prevista por la ley. Diríjase a CEDRO (Centro Español de Derechos Reprográficos, www.cedro.org) si necesita fotocopiar o escanear algún fragmento de esta obra». ISBN: 978-84-267-2433-5 D.L.: B-3262-2017

Printed in Spain

Dedicatoria: A la memoria de mis padres, Augusto y MarĂa Josefa.

ÍNDICE DEFINICIONES PREVIAS ........................................................................................................... 1 CAPÍTULO 1: EL RELÉ ................................................................................................................ 5 CAPÍTULO 2: DIAGRAMA DE CONTACTOS ............................................................................... 7 CAPÍTULO 3: TEMPORIZADORES Y CONTADORES ................................................................... 9 CAPÍTULO 4: MEMORIA (SET-RESET) ..................................................................................... 13 CAPÍTULO 5: MANIOBRA MARCHA-PARO ............................................................................. 15 CAPÍTULO 6: EL MÉTODO ACCIÓN-MARCA ........................................................................... 17 CAPÍTULO 7: EJEMPLOS BÁSICOS........................................................................................... 23 CAPÍTULO 8: PARADA DE EMERGENCIA ................................................................................ 33 CAPÍTULO 9: REARME DE MANIOBRA ................................................................................... 37 CAPÍTULO 10: EJEMPLOS DE PROCESOS INDUSTRIALES ........................................................ 41 CAPÍTULO 11: TABLA DE ASIGNACIÓN DE VARIABLES ........................................................... 69 CAPÍTULO 12: PROCESOS BÁSICOS ........................................................................................ 73 CAPÍTULO 13: ESQUEMAS DE POTENCIA ............................................................................... 77 CAPÍTULO 14: RELÉS PROGRAMABLES .................................................................................. 79 CAPÍTULO 15: ALARMAS ........................................................................................................ 81 BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................ 83

PRESENTACIÓN Mi experiencia como profesor de automatismos y robótica me ha permitido observar la dificultad que presenta, para algunos de mis alumnos, el aprendizaje de procesos automatizados. Tratando de solucionar este problema desarrollé este método gráfico, sin intención de sustituir o complementar a ningún otro, como alternativa a los ya existentes. Está basado en los procesos clásicos de automatización a relés con enclavamiento. La aparición de los autómatas programables forzó a que un número considerable de electricistas abandonasen esta disciplina por la dificultad que entrañaba la formación en estas “nuevas” tecnologías. En esta guía se desarrolla un método visual, sistemático y sencillo para automatizar procesos industriales secuenciales sin necesidad de tener grandes conocimientos previos. No es necesario conocer el Álgebra de Boole ni otros métodos para simplificar funciones. Se pretende que el lector se inicie en la técnica de la automatización industrial partiendo de unos conocimientos básicos que le permitirán introducirse y familiarizarse con esta especialidad; empezaremos por sencillos ejemplos y se profundizará con procesos cada vez más complejos. Explicaremos un método gráfico, ordenado e intuitivo, que no necesita ningún planteamiento previo, iremos directos al problema; la única condición de partida es entender perfectamente las etapas o fases por las que pasará el proceso antes de comenzar la automatización del mismo. La validez de este método está comprobada para procesos que usan entradas y salidas digitales, de tipo ON/OFF, temporizadores y contadores. Todos los autómatas programables disponen de este tipo de entradas y salidas, conexiones en serie y en paralelo de contactos, temporizadores y contadores, lo que permite automatizar una gran cantidad de procesos industriales secuenciales. Los límites del método los encontramos al procesar variables de tipo analógicas (las que toman muchos valores distintos a lo largo del tiempo) o variables numéricas que necesitan cálculos aritméticos y lógicos; ante esto, recurriríamos a autómatas con mayor potencia de cálculo y al uso de diagramas de flujo para gestionar el proceso, posteriormente, se transformaría a un diagrama de contactos. Con la ilusión e intención de conseguir transmitir estos conocimientos a los profesionales de la electricidad y a estudiantes, publico este método para hacer de la automatización de procesos secuenciales industriales una tarea sencilla, rutinaria y sistemática en la que ningún técnico quede excluido por la dificultad de los mismos. Quiero agradecer a OMRON y FESTO el uso de sus herramientas CX-Programmer y Fluidsim, respectivamente, para la realización de los diagramas. Asimismo, agradezco a mi hermano Vicente Luis su ayuda y a la Fundación Escuelas Profesionales Sagrada Familia de Andújar el que me haya permitido, durante tantos años, realizarme profesionalmente en la docencia.

DEFINICIONES PREVIAS Es conveniente, para entendernos en todos los términos que utilizaremos en lo sucesivo, tener claros algunos conceptos usados en nuestro argot; en cualquier caso, el lector no debe preocuparse por memorizarlos, a lo largo del manual se harán referencia a ellos repetidamente. Si surge alguna duda, basta con volver a este capítulo para recordarlos. AUTÓMATA PROGRAMABLE o PLC (controlador lógico programable): Es el dispositivo electrónico de control que usamos para automatizar un proceso. Es un pequeño ordenador adaptado al uso industrial, al que se conectan una serie de dispositivos, llamados genéricamente sensores y actuadores, a sus entradas y salidas respectivamente. Además, se le debe introducir un programa para que realice la automatización. Para diseñar el programa usamos un diagrama de contactos (LADDER), que es el lenguaje más convencional para programar los PLC’s.

Figura 1

Contacto eléctrico: Son dos piezas metálicas por las que puede circular la corriente eléctrica, si están juntas, o no circular, si están separadas. ENTRADA: Es la información o dato que recibe el sistema para ser procesado. Las entradas suelen ser el estado conectado/desconectado (ON/OFF) de algún dispositivo al que llamaremos de manera genérica sensor. Estos son algunos de estos dispositivos: Pulsador: Posee una posición estable (en reposo) y otra inestable que solo aparece mientras está accionado. NA Contacto NA = Normalmente abierto

NC Contacto NC = Normalmente cerrado

INICIACIÓN A LA AUTOMATIZACIÓN MEDIANTE EJERCICIOS PRÁCTICOS Interruptor: Posee dos posiciones estables, abierto o cerrado (ON/OFF). NA

A los pulsadores e interruptores los representamos en los diagramas de contactos no por sus símbolos, sino por los símbolos de contactos abiertos o cerrados. NA

Final de carrera: Tiene como objeto marcar una posición en el recorrido de un objeto móvil. Suelen ser conmutadores, es decir, tienen un contacto NA y otro NC que elegiremos según convenga.

Sensor digital: Es un dispositivo que detecta alguna situación en el proceso (relacionada con alguna variable física) e informa al sistema produciendo una señal de tipo ON/OFF. Los hay de múltiples tipos: resistivos, inductivos, capacitivos, piezoeléctricos, fotoeléctricos, electrostáticos, detectores, etc.

SÍMBOLO GENERAL

Hay sensores digitales con contactos NA o NC. SALIDAS: Son los estados que presenta el sistema tras el procesamiento de distintas variables. Una salida suele conectar/desconectar (ON/OFF) algún dispositivo al que de manera genérica llamaremos actuador. Estos son algunos de estos dispositivos: Contactores: Son dispositivos electromecánicos similares al relé en su funcionamiento (lo estudiaremos en el próximo capítulo). Permiten conmutar mayores potencias eléctricas, es decir, por sus contactos puede circular más corriente eléctrica de la que circula por los contactos de un relé.

BOBINA

CONTACTOS

Los contactores forman parte de los diagramas de potencia, sus bobinas son activadas por las salidas a relé del PLC y controlan el encendido/apagado de motores, solenoides, resistencias, electroválvulas, actuadores neumáticos, hidráulicos, etc. Los contactores pueden tener contactos NA o NC. Lámparas de señal: Se utilizan como elementos indicadores o señalizadores (balizas y columnas luminosas) de una determinada situación en el proceso (marcha, parada, emergencia, alarma, etc.).

SÍMBOLO GENERAL

INICIACIÓN A LA AUTOMATIZACIÓN MEDIANTE EJERCICIOS PRÁCTICOS Elementos acústicos: Se utilizan para avisar de una determinada situación o alarma del proceso.

Bocina

Timbre

Zumbador

Sirena

VARIABLES: Son valores relacionados con el estado de las entradas, salidas, el tiempo o ciertos valores internos del sistema. Los valores que toman estas variables influyen al resultado del proceso (salida). PROGRAMA: Conjunto de instrucciones u órdenes que el técnico transfiere al sistema y cuyo objeto es controlar la respuesta del mismo ante cualquier circunstancia. SECUENCIA: Es una sucesión de eventos que guardan relación entre sí y que ocurren en distintos instantes de tiempo. FASE o ETAPA: Es el estado que alcanza el proceso cuando se cumplen unas determinadas condiciones. CONDICIONES: Son las circunstancias que deben concurrir en el sistema para pasar de una etapa a la siguiente. MARCA: Es un estado interno (ON/OFF), sin salida física; informa de que la secuencia ha pasado por una determinada fase o etapa. ACCIONES: Son los eventos que realiza el autómata, están asociadas a una determinada fase y suelen modificar directamente (acción final) o indirectamente (acción intermedia) el estado de algunas salidas físicas. Consideraciones previas: Cuando un autómata programable es utilizado para automatizar un proceso, nos encontramos inicialmente con dos problemas: La conexión de sensores y actuadores en las entradas y salidas (Figura 2) y el diseño del programa (diagrama de contactos) para que realice la secuencia o proceso deseado. La forma de conectar un dispositivo a una entrada o salida depende el modelo de PLC, es conveniente consultar el manual técnico del producto. De manera general, esta suele ser la forma de conectar sensores-actuadores a un PLC con salida a relés:

INICIACIÓN A LA AUTOMATIZACIÓN MEDIANTE EJERCICIOS PRÁCTICOS

Figura 2

La ventaja que presentan los autómatas, frente a la automatización cableada con relés, se debe a que, sin modificar las conexiones eléctricas (hardware externo), son capaces de hacer infinidad de funciones distintas, solo hay que cambiar el programa (software). Gracias a su flexibilidad, los autómatas programables son los elementos de control más adecuados para gobernar un automatismo. El objeto de este manual es aprender a gestionar este tipo de procesos usando las funciones básicas de cualquier autómata. No olvidemos que un PLC, dependiendo de su potencial de cálculo, puede efectuar algoritmos muchos más complejos que los propuestos en esta guía, pero que no son necesarios, en muchos casos, para resolver este tipo de problemas. Una secuencia o proceso secuencial está compuesto por distintas fases o etapas que se ejecutaran de una manera correlativa, es decir, unas detrás de otras a lo largo del tiempo. En una determinada fase o etapa de una secuencia se pueden desencadenar una o varias acciones (conexión/desconexión de actuadores). Una vez diseñado un proceso, uno de los problemas que pueden surgir a la hora de poner en marcha una instalación es la depuración del programa. Consiste en solucionar los problemas que van apareciendo al llevar a la práctica (o simular) nuestro programa y los que vienen originados, en la mayoría de las ocasiones, por situaciones no previstas durante la fase de diseño o, en otros casos, porque se cumplen las mismas condiciones en distintas partes de un mismo programa, provocando que además de activar la acción en curso, se activen otras cuyas condiciones se habían cumplido con anterioridad. Con el método que vamos a utilizar, si hemos comprendido perfectamente las fases por las que ha de pasar el proceso y las circunstancias que deben concurrir para ir de una fase a otra, minimizaremos los problemas en la depuración del programa.