Problemas de Automatizacion Relacionados Con Electroneumatica [PDF]

Zitiervorschau

Automatización. Díaz Ordóñez, Pejendino Jojoa.

1a

Problemas de automatización relacionados con Electro neumática Díaz Ordóñez, Sandra Ximena, Pejendino Jojoa, Roberto Carlos. sxbutterfly, otreborsolracmetalp@gmail,hotmail.com UNIVERSIDAD DE NARIÑO 

II.

Resumen— En este informe se busca diseñar, simular y dar solución a los problemas de automatización relacionados con la electroneumática, se mostrara y explicara los diseños realizados para los puntos propuestos. Esto se realizara con ayuda del material obtenido en clase y con ayuda de un software (Festo Fluid Sim), esta es una herramienta muy útil que facilita las simulaciones, en el cual se observara el esquema neumático y el eléctrico.

ACTIVIDADES

a) Actividad 1: En la taladradora cuyo esquema aparece en Figura 1, las piezas se insertan manualmente. El cilindro de sujeción A, avanza cuando se presiona el pulsador de arranque. Una vez sujeta la pieza, se le hace un taladrado por medio de la unidad de avance B y la broca debe retroceder de nuevo. Al mismo tiempo la viruta debe ser soplada por un chorro de aire C. A continuación el cilindro de sujeción libera la pieza.

Índice de Términos— electro neumática, automatización, control, sensores, válvulas, cilindros.

E

I.INTRODUCCIÓN

n la electroneumática los actuadores siguen siendo neumáticos, los mismos que en la neumática básica, pero las válvulas de gobierno mandadas neumáticamente son sustituidas por electroválvulas activadas con electroimanes en lugar de pilotadas con aire comprimido. Las electroválvulas son convertidores electroneumáticos que transforman una señal eléctrica en una actuación neumática. Por otra parte los sensores, fines de carrera y captadores de información son elementos eléctricos, con lo que la regulación y la automatización son, por tanto, eléctricas o electrónicas. Las ventajas de la electroneumática sobre la neumática pura son obvias y se concretan en la capacidad que tienen la electricidad y la electrónica para emitir, combinar, transportar y secuenciar señales, que las hacen extraordinariamente idóneas para cumplir tales fines. Se suele decir que la neumática es la fuerza y la electricidad los nervios del sistema. Teniendo en cuenta lo anterior se puede definir la electroneumática como la tecnología que trata sobre la producción y transmisión de movimientos y esfuerzos mediante el aire comprimido y su control por medios eléctricos y electrónicos.



Figura 1. Esquema Taladradora actividad 1.

b) Actividad 2 Se pretende automatizar una maquina taladradora para realizar 4 agujeros en piezas rectangulares que se insertan manualmente (Figura 2.). La unidad de avance C se mueve verticalmente (eje Z) mediante un cilindro neumático de doble efecto. Los cilindros de posicionado A y B desplazan la mesa en las direcciones X e Y de forma que puedan determinarse consecutivamente las posiciones de los agujeros 1, 2, 3, 4 (Figura 2.). El ciclo para realizar los cuatro agujeros de una pieza empieza una vez se ha presionado el pulsador de puesta en marcha M.

Automatización. Díaz Ordóñez, Pejendino Jojoa.

2a En la rectificadora las piezas son alimentadas por una cinta transportadora. La primera pieza de la fila es empujada hasta llegar a la posición de trabajo y parada con tope. Cuando se halla en posición, un sensor lo indica y el tope de sujeción se levanta (cilindro A). A continuación el cilindro B sujeta la pieza e indica cuando se ha alcanzado la presión de sujeción (B solo alcanza 1/3 de su recorrido máximo en este caso). El cilindro C avanza con la muela de rectificar en marcha y a continuación, sube y baja 3 veces (realizando medias carreras para no salirse de la pieza y además el avance en este es lento y el retroceso es rápido), antes de regresar a su posición inicial. Después los cilindros A y B deben retroceder simultáneamente. En este momento, el cilindro B empuja la pieza terminada hacia la cinta transportadora y regresa para permitir que se repita el ciclo. Diseñar y simular los esquemas de los circuitos eléctrico y neumático, teniendo en cuenta que se dispone de: o 3 electroválvulas 5/2 con una bobina. o 1 electroválvula 5/2 con doble bobina. o Resto de elementos necesarios (sensores, cilindros, etc.). III.

SOLUCION ACTIVIDADES

Figura 2. Esquema Taladradora actividad 2.

c) Actividad 3 Se pretende automatizar una máquina para rectificar interiores cilíndricos por medio de elementos electroneumáticos como se indica en Figura 3.

a. Desarrollo Actividad 1 Para la automatización electroneumatica de la taladradora se utilizaron los conceptos de diseño neumático, en donde se implemento de una memoria. Este diseño se realizo de la siguiente manera: 1) Determinar la secuencia de los cilindros: A+, B+, B-,A-, el cilindro C (chorro de aire) no se incluyo en esta secuencia. 2) Se realizo los diagramas de fase y se determino las señales incompatibles, con el objeto de corregirlas.

Figura 3. Esquema Rectificadora actividad 3. Figura 4. Esquema diagrama de fase.

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3) Se efectuó un diagrama de funcionamiento por etapas.

3a

La inserción de la memoria en el diseño se realiza de la siguiente manera: 1

2

K2

3

KX+

K1

K1

KX-

K2 KMX+

KX+

Figura5. Esquema funcionamiento.

4

KMXKX-

Para mejorar su funcionamiento se recurrió al uso de memorias para eliminar las señales incompatibles.

2

4

Figura 8. Esquema Implementación Memoria

En la Figura8. Se puede observar que al activar K1 pone en funcionamiento una de las bobinas y al activar K2 se enclava la otra bobina, es decir no pueden estar al mismo tiempo enclavadas las 2 bobinas, por tanto podemos afirmar que esta pasando de X a X’, indicando que esta es la memoria que elimina la señal incompatible.

Figura 6. Esquema funcionamiento mejorado

4) Se hace un análisis lógico por medio de los diagramas de Karnaugh, con el fin de simplificar ecuaciones.

Para la parte neumática se tomo dos cilindros A y B, 2 válvulas 5/2 y una 3/2, el cilindro A en la posición A0 avanza hasta A1, en ese instante se activa B0, llega hasta la posición BX donde se activa el chorro de aire, avanza hasta B1 toma un determinado tiempo taladrando, regresa nuevamente a BX, se desactiva el chorro de aire, el taladro llega a su posición inicial B0, lo mismo sucede con el cilindro a regresa a A0. El diagrama neumático es el siguiente. Figura 9: Act ividad 1

B0 BX B1

A0

A1

Figura 7. Esquema Mapa Karnaught.

40%

40%

De los diagramas de karnaught se obtuvieron las siguientes ecuaciones:

65%

4 KMX-

A+ AB+ BX+ X-

= X’ = X b0 = X’a1 =X = b1 = a0

Donde “X” representa la memoria.

KA5

3 1

Cilind ro d e Su je cion A

2

4

2

2

KB+

KC+

KC1

KMX+ 5

3

3 1

Cilin dr o B Talad ro

Cilind ro C Cho rr o De Air e

Figura 9. Diagrama neumático actividad 1.

Automatización. Díaz Ordóñez, Pejendino Jojoa.

4a

El funcionamiento del diagrama de control es el siguiente: En el diagrama de control se tiene un interruptor para la alimentación de todo el sistema, si no esta enclavado el circuito no funciona. Tiene un interruptor de encendido con el cual inicia la secuencia, primero energiza una bobina para arrancar el cilindro A de sujeción, al llegar a la posición A1 activa un final de carrera q energiza la bobina del taladro que llega hasta la posición BX, este es un final de carrera que activa el chorro de aire, este sirve para aminorar el calentamiento y quitar residuos que salen del proceso del taladro. Este avanza hasta B1 en el cual se activa un temporizador, durante este tiempo el taladro sigue trabajando, al finalizar el tiempo el taladro retrocede hasta la poción BX, donde desactiva el chorro de aire y el taladro vuelve a su posición inicial, lo mismo que el cilindro de sujeción.

4)

Se tuvo en cuenta el uso de válvulas estranguladoras tanto en entrada como en la salida de las válvulas para reducir la presión del aire sobre los cilindros, esto con el fin de lograr precisión y exactitud al momento de taladrar.

Para realizar el diagrama neumático, como se dijo anteriormente se uso un cilindro doble efecto y dos cilindros de simple efecto, se puede observar (Figura 10) que los cilindros A y B, inician en las posiciones A1 y B1, esto es por la configuración de la secuencia. ACTIVIDAD 2 2 Y2

C ilindro A E je X

1

B0

A1

80%

40%

De igual forma el control eléctrico está provisto de un paro de emergencia, en caso de que se produzca algún daño se coloquen todos sus elementos en sus posiciones iníciales.

3

A0

1

B1

C ilindro C E je Z

TALADRO 5

6 7

8 9

10

11

12

13

14

15

C1 K4 A0

K1

KX+

KX+

KX-

B1 KX+

K1

Y3

A1

1

KM7

B0

BX

BX

K1 K4

C0 4

2

Y1 3

5

3 1

80%

PARO DE EMERGENCIA

2

KX-

65%

4

40%

2 3 KM7

ALIMENTACION

C ilindro B E je Y

ENCENDIDO KM1 KM7

K1

3 7

KX+ K4

10 6 13

13 10

KC-

5

KMX+

11 12 15

KMXKX-

KB+ KA-

KC+

14 16

Figura 9. Diagrama de control actividad 1.

b. Desarrollo Actividad 2 Para realizar la automatización de esta taladradora, debemos tener en cuenta que tiene que perforar una pieza en cuatro puntos específicos (1, 2, 3, 4), y además estos puntos se fijan con la activación y desactivación de dos cilindros neumáticos, uno mueve la pieza en el eje X y el otro en el eje Y. Para a solución de este problema se planteo el diseño de la siguiente manera: 1) Se determino la secuencia de los cilindros, se obtuvo: C+,C-,A-,C+,C-,B-,C+,C-,A+,C+,C-,B+, este es un solo ciclo. 2) Se puede observar que este automatismo se puede realizar por método intuitivo. 3) Para la simulación del taladro se utilizo un cilindro doble efecto, para las cilindros que mueven las piezas se utilizo cilindros de simple efecto.

Figura 10. Diagrama neumático actividad 2.

El diagrama posee tres cilndros, posicionados en X , Y y Z, este ultimo es el taladro. Tiene un pulsador de encendido, al activarse energiza todo el circuito, se analiza la secuencia logica del circuito, cuando la pieza este ubicada enel sitio correcto. Para el desarrollo de la logica de control se utilizo tres electrovalvulas las cuales se activan con finales de carrera y enclavando y desenclavando reles. De forma muy general lo que realiza el diagrama de controles lo siguiente; al activar el pulsador de encendido se enclavan los reles k1 y k2 haciendofuncionar la electrovalvula Y1, al llegar el cilindro a la posicion C1 se enclava los reles L1 y K3, y vuelve a C0, elte sensor activa la electrovalvula Y2, el cilindro va de A1 a la pocicion A0, se activa nuevamente Y1, el cilindro C sale y se contrae(taladra)en el istante de llegar a C0 se enclava Y3 q coloca al cilindroen la posicion B0, se repite la secuencia de C, ahora se activa Y2 y vuelvea su posicon inicial, se activa otra vez Y1 y finalmentese activaY3 volviendo al cilindro al punto de inicio. Por lo tanto para el metodo utilizado (metodo intuitivo) se fue asignando paso a paso los procesos por medio de reles

Automatización. Díaz Ordóñez, Pejendino Jojoa. tanto para activacion como electrovalvulas y de otros reles.

para

5a

desactivacion

de

Los siguientes son los diagramas obtenidos en el simulador Festo fluid sim: ACTIVIDAD 3

2

3

5

6

10

11

12

15

13 14

16

19

17

20

21

23

80%

C ilin dro

C

R ectif icador

C0

K1

1

C1

7

8

C1

L1

L2 L1

A1

K4

K4 R2 K4

L4

C1

K3

C0

L2

2

5

3

KM6

C1

C1

K1

4 C0

K3

C1

L4

KM9

R1

K1

L4 C0

B0 B1

1

R2

R1

C2

B0

L3

C1

A0 K2

ENCENDIDO

B0

L2

C0 A0

R1

L3 L4

R2

S0

B2

L3

L3

L1 K1

Y1

K3

K2

K4 L2

R1

Y3

R2

L4

C ilin dro

B

P res ion

C ilend ro

A

S ujecion

A1

Y2

11 12

13 15

13 13 16

6 17 20

17 19 21

7 22 12 23

8 24 25

2 26 8

4

Figura 11. Diagrama control actividad 2.

Desarrollo Actividad 3



El final de carrera A1 activa otra bobina que pone en funcionamiento las electroválvulas KM3 y KM4 del cilindro de presión B, que permanecen activas hasta el final de carrera a 1/3 del recorrido de B, para este caso B1, al llegar a este punto ambas se desenclavan manteniendo la posición del cilindro.



En final de carrera B1, se conecta una bobina que inicia el control del cilindro rectificador C, este es activado por una electroválvula 5/2 con doble bobina, esta hace que el cilindro C permanezca en subida y en bajada cierto tiempo como un contador (en nuestro caso 3 veces).



El contador activo una bobina que abre el ciclo de bajada y retorna al cilindro C a su posición inicial. Así, por el final de carrera al inicio del cilindro C, retornan los cilindros A y B al mismo tiempo.



El proceso finaliza con la expulsión de B y retorno, este último pasó para mover la pieza rectificada y dar lugar a un nuevo proceso.

5

3

3 1

KM3

4

2

KM2

1

5

3 1

Figura 12. Diagrama neumático actividad 3. 1

ALIMENTACION 2 3

PARO DE EMERGENCIA

Se activa un sensor que indica que la pieza esta lista para rectificar, esta señal enclava una bobina, permitiendo una activación continua del cilindro de sujeción A.

2

5

Para el desarrollo de esta actividad, se hizo de manera intuitiva con el uso de elementos previamente observados en la teoría de contactores como bobinas temporizadas a la desconexión, a la conexión, activas por pulsos recibidos (contadores), etc., así se puede dar una explicación de funcionamiento del diseño: 

4

4

5

6

KM13

c.

KM4

2

50%

9

A0

2 4

50%

4

KM1

7

A1

8

KM11

9

KM10

10 11

KM11

12

A1

13

14

B1

KM5

15 16

C0

17

C2

18

KM8

INICIO

KM10

C2

KM7

KM12

C0

20

B0

KM8

B0 B1 B1

19

B2

A0

C1 A0

KM1

KM10

KM13

KM5

KM7

KM9

5

KM11

3

KM2 KM13

2

KM4 KM1

3 9

KM6

KM8

5

KM10

2

KM12

2

KM3

6 19

14

14

18 19

5 9 20

8 11

8

Figura 13. Diagrama neumático actividad 3.

IV.

CONCLUSIONES



Se pudo dar cuenta que el método de los diagramas de fase y mapas de Karnaught es mas tedioso y mas complejo que el método intuitivo. Ambos métodos son muy útiles para la solución de problemas de automatización en electroneumática.



El desarrollo de los diseños por medio del software (Festo FluidSIM) es un método muy práctico y optimo para la visualización y perfeccionamiento de las simulaciones, llevándonos a imaginar como seria un aspecto real de aplicación.



Se debe tener en cuenta, que todo circuito debe ir debidamente protegido; sección eléctrica y sección de accionamiento.

Automatización. Díaz Ordóñez, Pejendino Jojoa. 

Los reles son muy importantes ya que facilitan las secuencias de los estados de los cilindros por medio de sus memorias, activación y desactivación de válvulas. Su adecuado uso permite un buen funcionamiento en el diseño electroneumatico. V.

[1]

REFERENCIAS

MÉTODOS DE DISEÑO EN NEUMÁTICA 1”. VEGA, Caicedo. Christian. 2009.23 Pág.

VI.

AUTORES

Sandra Ximena Díaz Ordóñez Roberto Carlos Pejendino Jojoa UNIVERSIDAD DE NARIÑO

6a