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UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática

1 Práctica 1CABLEADO: Automatismos cableados

1.1 Objetivos El objetivo de esta práctica es familiarizar al alumno con los automatismos basados en relés. Al final de la práctica el alumno debería ser capaz de:

• Conocer el funcionamiento de pulsadores, conmutadores, interruptores y relés. • Distinguir entre pupitre de control, automatismo y planta a controlar. • Diseñar y construir automatismos básicos con pulsadores y relés. • Manejar información sobre sensores. • Cablear correctamente y solucionar posibles averías.

Tiempo de laboratorio: 1 o 2 sesiones. No obstante al final de cada sesión se entregará el trabajo realizado. Entregar al profesor al final de la sesión todas las preguntas que se hayan contestado (Pregunta FS).

1.2 Material a utilizar El material para realizar esta práctica está formado por:

• Placa “Pupitre de mando” (ver Figura 1). • Placa “Simulador de planta” (ver Figura 2) • Cables para conectar entre sí los elementos de la placa de control y el simulador de planta. • PLC montado en bastidor (ver Figura 4) para obtener la alimentación de 24V.

Figura 1 Placa “Pupitre de mando”

La placa “Pupitre de mando” consta de los siguientes elementos:

• 2 pulsadores verdes (SV1 y SV2) con contacto normalmente abierto (NO). • 1 pulsador rojo (SR) con contacto normalmente cerrado (NC). • 2 pilotos verdes (HV1 y HV2) y 1 rojo (HR). • 1 pulsador de seta de paro de emergencia (SE) con un contacto NC y un contacto NO.

Pulsadores con contacto NO

Conmutador de 3 posiciones

Pulsador con contacto NC

Piloto de señalización

Pulsador “de seta” de Paro de Emergencia

SV1 SV2 SR

HV1 HV2 HR

SC

SE

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JARM Automatización Industrial

• 1 conmutador (SC) de 3 posiciones con 2 contactores NO. En la posición intermedia no hay ningún contacto cerrado.

Figura 2 Placa "Simulador de Planta"

La placa “Simulador de Planta” consta de los siguientes elementos:

• Motor de continua (M) 24V con reductora. • 2 relés de automatismos (KA1 y KA2) que siguen el esquema de la Figura 3.

Figura 3 Esquema de los relés de la placa "Simulador de planta"

• 2 finales de carrera (SF1 y SF2) con un contacto NO y un contacto NC cada uno. • 1 sensor capacitivo (BC) y 1 sensor inductivo (BI).

Figura 4 Bastidor con PLC

24V

0 V

Fuente de alimentación

PLC

Entradas/salidas

Sensor de proximidad capacitivo

Final de carrera

Motor

Relé

Sensor de proximidad inductivo

KA1 KA2

SF1 SF2

M

BI

BC



La tensión de alimentación de las placas es 24V DC. Esta tensión se puede obtener mediante una fuente de alimentación, o usando las salidas de alimentación de 24 V preparadas en los bastidores de los autómatas programables (ver Figura 4). Para encender el PLC hay que actuar sobre el interruptor del bastidor del PLC situado en la trasera del bastidor, y sobre el interruptor de la fuente de alimentación, situado en el frontal de la fuente.

1.3 Normas a seguir para realizar la práctica Los esquemas de automatismo cableados que se van a montar en el laboratorio son bastante simples. Sin embargo, si no se realiza el montaje con orden y limpieza puede resultar prácticamente imposible su puesta en marcha. Para evitarlo el alumno deberá seguir las siguientes reglas:

1. Primero esquema dibujado. Antes de iniciar el montaje del circuito, el alumno deberá pintar sobre el papel el esquema del circuito a cablear siguiendo la disposición estándar. Si el esquema no funciona sobre el papel no funcionará al montarlo.

2. Numerar los contactos de los relés. En el caso de los relés, indicar en el dibujo qué contacto se utiliza mediante su etiqueta correspondiente (ej: 31,21,...). Evita muchos dolores de cabeza en el cableado.

3. Utilizar correctamente los colores de los cables. Al proceder con el montaje del circuito se debe seguir el siguiente código de colores: • Desde alimentación (24V) se cablearán cables de color rojo. • Desde masa (0V) se cablearán cables de color negro.

4. Primero cablear el circuito de mando. Siempre que se pueda, primero cablear el circuito de mando: desde pulsadores, interruptores o salidas del PLC a las bobinas de los relés. Probar que funciona correctamente comprobando que los relés se accionan cuando corresponde. A continuación, cablear el circuito de potencia: en el caso del laboratorio consiste en conectar el motor a través de los contactos de relés con la alimentación. Comprobar en los casos de inversión de giro que no haya cortocircuitos.

5. Organización clara del cableado. El cableado debe estar bien organizado para poderlo seguir fácilmente. Intentar que los cables no se crucen. Llevar cuidado que no crucen cables por encima del motor porque se podrían enrollar.

6. Cableado en grupo. El cableado se debe realizar entre los dos miembros del grupo: un miembro del grupo va indicando al otro miembro entre qué puntos debe cablear siguiendo el esquema (se puede poner una marca sobre el dibujo para indicar que ya está establecida la conexión); el otro miembro es el encargado de cablear.

7. Desmontar y devolver cables y equipo a los armarios una vez finalizada la práctica. 8. Avisar al profesor sobre posibles averías previa comprobación. Los equipos del

laboratorio, al igual que cualquier equipo utilizado en la industria, también sufren averías. En caso de mal funcionamiento, el alumno deberá intentar aislar la avería. A continuación se dan una pequeña guía a seguir para detectar la causa del fallo: • Comprobar alimentación. Compruebe que el led de la fuente de alimentación está encendido. En caso de estar apagado compruebe el interruptor de la mesa, el cable de alimentación y los interruptores de fuente de alimentación y bastidor. Si persiste la avería posiblemente ha habido un cortocircuito que ha fundido el fusible situado en la trasera del bastidor del PLC. Avise al profesor para que se reponga. • Comprobar cableado. Si la alimentación no falla el problema puede estar en el cableado: cable roto o cable mal conectado. Revise el cableado. Para comprobar los cables rotos se pueden utilizar los pilotos. • Comprobar esquema. Si hay alimentación, los cables están bien conectados y sigue sin funcionar, el error puede estar en el esquema (ver punto 1). • Avisar al profesor si persiste la avería.



1.4 Automatismos combinacionales: Pulsador y conmutador En este apartado se introduce los elementos típicos de un pupitre de control: piloto, pulsador, conmutador, concepto de contacto normalmente cerrado y de contacto normalmente abierto. Aunque parezca trivial muchos alumnos diseñan automatizaciones donde el operador debería pasar horas presionando el pulsador de marcha. Monte los siguientes circuitos básicos:

1. Pulsador con contacto normalmente abierto (NO). Conecte un piloto verde a alimentación a través de uno del pulsador verde SV1 siguiendo el esquema de la Figura 5.

Compruebe que al pulsar se enciende el piloto. 2. Pulsador con contacto normalmente cerrado (NC). Conecte el piloto rojo a alimentación

a través del pulsador rojo SR (Figura 6). Compruebe que en reposo está el led rojo encendido y que al pulsar se apaga el piloto.

3. Conmutador. Conecte un piloto verde y el piloto rojo según el esquema de la Figura 7. Compruebe el funcionamiento según las tres posiciones del conmutador: encendido HV1, todos apagados y encendido HV2.

4. Pulsador con motor. Conecte el motor de la placa “Simulador de Planta” a través del pulsador a alimentación para comprobar el funcionamiento del motor. Invierta las conexiones para comprobar que se invierte el giro.

Pregunta FS 1. Diferencia entre contacto normalmente abierto y contacto normalmente cerrado.

Pregunta FS 2. Diferencia entre pulsador, interruptor y conmutador.

1.5 Automatismos combinacionales: Relé El objetivo de este apartado es demostrar el papel fundamental del relé en los automatismos cableados combinacionales como repetidor de variables lógicas (tal cual o negada). Para ello se utilizan los 2 relés de tipo automatismo (KA) de la placa “Simulador de Planta”. Estos relés también se utilizan en el circuito de potencia ya que las potencias que se manejan en las prácticas son muy pequeñas. En un circuito real los relés KA accionarían las bobinas de los relés de potencia o contactores (KM).

1. Control del giro de un motor por conmutador. Conecte el circuito según la Figura 8. Primero conecte el circuito de control y compruebe su funcionamiento. A continuación monte el circuito de potencia. Compruebe su funcionamiento.

Pregunta FS 3. ¿Por qué no se conecta directamente en serie HV1 con la bobina de KA1 y HV2 con la bobina de K2?

Figura 5 Piloto accionado por pulsador NO

Figura 6 Piloto accionado por pulsador NC

Figura 7 Pilotos accionados por conmutador de tres posiciones

Rojo

Negro

Negro

24V

SV1

0V

HV1

HR

24V

SR

0V

1 2 3

SC

24V

0V

HV1 HR



Figura 8 Control de giro por conmutador

14

12

11

24

22

21

KA1

M

14

12

11

24

22

21

KA2

24V

Circuito de potencia

1 2 3

SC

24V

KA1

A2

A1

KA2

A2

A1

Circuito de control

HV1 HV2

KA1

31

34

KA2

31

34

0V

0V

2. Incorpore al circuito anterior la seta de emergencia. Modifique el circuito de control de

la Figura 8 según la Figura 9 para incorporar la seta de emergencia. Compruebe su funcionamiento. Para ello presione la seta de emergencia. A continuación reponga la seta de emergencia girándola.

Figura 9 Control de giro con seta de emergencia

1 2 3

SC

24V

KA1

A2

A1

KA2

A2

A1

HV1 HV2

SE

HR

SE

KA1

31

34

KA2

31

34

0V

3. Control del giro del motor por conmutador y finales de carrera. Diseñe un circuito para el motor de la placa “Simulador de planta” tal que: con el conmutador a derechas el motor gira a derechas hasta alcanzar el final de carrera correspondiente; con el conmutador a izquierdas el motor gira hasta alcanzar el otro final de carrera. El circuito de control necesario se puede obtener modificando el circuito de la Figura 9. Este circuito es útil para controlar un elevador que se mueve únicamente entre dos posiciones.

Pregunta FS 4. Dibujo del circuito de control. Mostrar al profesor una vez montado y comprobado.

4. Control de giro de un motor mediante pulsadores. Monte el circuito de la Figura 10 que permite decidir el sentido de giro mediante los 2 pulsadores verdes. En caso de pulsar los dos pulsadores actuará el enclavamiento. Compruebe el funcionamiento.



Figura 10 Control de giro por pulsadores y con enclavamiento 24V

KA1 A

2A

1

HV1 HV2

KA2

31

32

SV1

KA2

A2

A1

KA1

31

32

SV2

Pregunta FS 5. Explique la función del enclavamiento eléctrico.

Pregunta FS 6. Ventajas y desventajas entre la conexión de los pilotos de la Figura 8 y la Figura 10.

5. Implantar la función lógica f=a*b+b’*c, donde las variables lógicas de entrada son los pulsadores (1 lógico: pulsador pulsado) y la variable lógica de salida es el motor (únicamente un sentido de giro). Se pueden utilizar los relés para implantar el automatismo. Sólo se puede utilizar una placa “Pupitre de control” y una placa “Simulador de Planta”.

Pregunta FS 7. Dibujo de los circuitos de control y potencia. Mostrar al profesor una vez montado y comprobado.

1.6 Automatismos cableados secuenciales básicos En este apartado se tratarán los circuitos elementales marcha/paro para control de motores. En estos casos el relé actúa como memoria de 1 bit (almacena el último estado alcanzado).

1. Control de motor con pulsadores de marcha/paro. Monte el circuito según la Figura 11. Compruebe que al pulsar el pulsador verde el motor comienza a girar. El motor se para al pulsar el pulsador rojo.

Figura 11 Control de motor con pulsadores de marcha/paro

Pregunta FS 8. Ventajas y desventajas entre utilizar el circuito anterior o utilizar un conmutador directamente para accionar el motor (Figura 8 Control de giro por conmutador).

24V

KA1

A2

A1

SV1

SR

KA1

31

34

14

12

11

24

22

21

KA1

M

24V

Circuito de potencia Circuito de control



2. Parada de emergencia y señalización del estado del motor. Complete el circuito anterior para indicar con el piloto verde que el motor gira y con el piloto rojo que el motor está parado. Además conecte la seta de emergencia para parar el motor en caso de peligro.

Pregunta FS 9. Dibujo del circuito de control (y de potencia si es necesario). Mostrar al profesor una vez montado y comprobado.

Pregunta FS 10. Compare el funcionamiento de la seta de emergencia en el circuito de marcha/paro con el funcionamiento de la seta en el circuito de la Figura 9. ¿Cuál limita mejor una situación de peligro?

3. Control de sentido de giro con pulsadores de marcha/paro. Diseñar y montar un circuito que permita poner en marchar el motor en un sentido o en otro mediante pulsadores (SV1-derechas, SV2-izquierdas). Con el pulsador SR se para el motor.

Pregunta FS 11. Dibujo del circuito de control (y de potencia si es necesario). Indicar si el circuito tiene alguna deficiencia. Mostrar al profesor una vez montado y comprobado.

4. (Opcional) Vaivén con marcha/paro. Diseñar y montar un circuito para que el motor gire entre los dos finales de carrera. Con el pulsador verde el sistema se pone en marcha (vaivén) y con el pulsador rojo, el sistema se para.

Pregunta FS 12. Dibujo del circuito de control y de potencia. Mostrar al profesor una vez montado y comprobado.

1.7 Sensores El objetivo es comprobar el funcionamiento del sensor capacitivo y el inductivo de la placa “Simulador de Planta”. Cada uno de estos sensores tiene dos bornas de alimentación (borna roja-24V borna negra-0V) y la salida digital (borna verde) que indica con 0V (algo mayor) o con 24 V (algo menor) si hay un objeto en su campo de actuación. En el capítulo 4 del Telesquemario se detalla el funcionamiento de estos sensores. Monte un circuito sencillo (ejemplo utilizando un piloto) para comprobar el funcionamiento del sensor capacitivo y el sensor inductivo.

Pregunta FS 13. Diferencia entre el sensor capacitivo y el sensor inductivo. Mostrar al profesor una vez montado y comprobado el circuito de prueba de los sensores.

1.8 Opcional

Pregunta FS 14. ¿Se puede realizar un circuito para el cambio de giro del motor con el material disponible en el “Pupitre de mando” sin utilizar los relés del “Simulador de planta”?

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