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Neumática: DISEÑO SECUENCIAL

DENOMINACIÓN DE LOS ESQUEMAS DE MANDO: Se utiliza una denominación alfanumérica respetando las siguientes reglas. A, B, C, D, etc. A1, B1, C1, D1, etc. A2, A4, A6, etc. B2, B4, B6, etc. C2, C4, C6, etc. A3, A5, A7, etc. B3, B5, B7, etc. C3, C5, C7, etc. Z1, Z2, Z3, Z4, etc.

Letras mayúscula /excepto Z) para los actuadores. Letra identificatoria del actuador seguido de 1 (uno) para las válvulas de comando de los actuadores. Letra identificatoria del actuador seguido de números pares para los elementos de la cadena de mando que gobiernan la salida del actuador. Letra identificatoria del actuador seguido de números impares para los elementos de la cadena de mando que gobiernan el retorno del actuador. Letra Z seguida de números crecientes correlativos, para los elementos de la cadena de mando cuyas funciones no son asignables a un actuador en particular o que son comunes a varios (Unidades de tratamiento, Memorias auxiliares)

El siguiente ejemplo nos muestra una aplicación del método:  “Un cilindro de simple efecto debe ejercer su acción al oprimir un pulsador. El retorno debe ser automático una vez alcanzada la posición final de carrera. A3

A

4

2

A1 5

2

A2 1



3 1

2

A3

1

3

A3

3

“Un cilindro de doble efecto debe ejercer su acción al oprimir un pulsador, pero solo sí el cilindro se encuentra con su vastago retraído. El retorno será automático una vez alcanzada la posición final de carrera. El ciclo debe completarse aún cuando se mantenga oprimido el pulsador. A2

A

A3

50%

50% 4

2

A1 2

A2

5

3 1

A2

2 1 2

3

A3 1

A4

1

A3

3

3

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Neumática: DISEÑO SECUENCIAL



Para el ejercicio anterior, el inicio solo podrá efectivizarse solo si son oprimidos simultáneamente dos pulsadores con enclavamiento. A2

A

A3

50%

50% 4

2

A1 2

A2

1

A4

3

3

A3

2

A3

2

1

A6

5 1

A2

1

3

3

2

1

3

MANDOS CON ACTUADORES MÚLTIPLES – DIAGRAMA ESPACIO FASE: Se denominan “FASES” a cada movimiento del vástago (extensión o retracción) correspondiente a un cilindro. Para indicar si el movimiento es de extensión o retracción del vástago; usaremos la siguiente designación. 1. Nombre del actuador_”+”  Extensión del vástago. 2. Nombre del actuador_”-”  Retracción del vástago. Por ejemplo, se podría indicar la siguiente secuencia: A+, B+, A-, B- la cual como vemos esta compuesta por cuatros fases. DIAGRAMA ESPACIO-FASE: En este diagrama se representa “La secuencia de acción de las unidades de trabajo y el encadenamiento de las señales de mando”. Se utilizan dos ejes coordenados:  En el eje vertical se representa el estado de los actuadores del sistema utilizando valores binarios (0-1). El `0`es utilizado para indicar la posición de reposo del actuador mientras que el ‘1’ identifica el estado del actuador del elemento actuado.  En el eje horizontal se indican las fases en que se subdivide el ciclo de trabajo. Estos pasos o fases están caracterizados por la modificación o cambio de estado de un elemento del mando. Estos cambios se indican con líneas verticales auxiliares sobre el diagrama las que se denominan líneas de fase. Para la representación se utilizan elementos de señalización, los cuales son aquellos que al ser actuados emiten una señal capaz de modificar el estado de algún componente del mando. Así tenemos: Elementos de señalización del operador

Marcha Hoja 2 / 12

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Neumática: DISEÑO SECUENCIAL Sensor de posición actuado al final del recorrido o brevemente durante el mismo

Elementos de señalización del sistema

Representación de la cadena de señales: La vinculación de los distintos elementos de mando lo establecen las señales. Estas se representan con líneas, las cuales tienen un origen y un destino. El origen es un elemento de señalización y el destino es aquel cuyo estado debe ser alterado (cilindro o válvula). Una flecha indicará el sentido de la señal. Los símbolos gráficos que se utilizan son: S1 S 2 S 3

S1 S 2 S 3

Condición lógica “o” entre señales (S1+S2+S3)

Ramificación de una señal

S

Condición lógica “y” entre señales (S1.S2.S3)

Condición lógica “No” (Negación de una señal)

Ejemplo: Se pretende que dos actuadores neumáticos A y B realicen un ciclo automático con secuencia A+,B+,A-,B-. El inicio se realizará por medio de un pulsador. El ciclo deberá concluir aunque el pulsador no se encuentre oprimido y solo podrá iniciarse si fuera completado el ciclo anterior. El diagrama espacio-fase correspondiente a la secuencia se muestra a continuación:

A

B2

B3

B

A3

A2

A4 T

A+

B+

A-

B-

El esquema neumático es el siguiente: A

A1 2

A2

4

B3

2

4

5

3

3

2

A4

1

3

A3

2

5 2

1

A2

B1

1

A2

B

B2

A3

A3

B2

2

2

B2 1

3

3 1

B3

B3 1

3

1

3

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Neumática: DISEÑO SECUENCIAL

Para la construcción del esquema debemos considerar lo siguiente: i) Dibujar los cilindros con sus válvulas de potencia correspondiente. Si el vástago comienza retraído, conectar el conector 2 de la válvula de potencia al conector derecho del cilindro. ii) Esquematizar a la derecha de cada cilindro los finales de carrera correspondientes, de acuerdo a lo obtenido en el diagrama espacio-fase. iii) Debajo de la válvula de potencia colocar los finales de carreras correspondientes al cilindro en cuestión, a la izquierda los pares y a la derecha los impares. iv) En conexión “Y” colocar el pulsador con enclavamiento de marcha junto con el último final de carrera de la secuencia. Ejemplo: Se pretende que dos actuadores neumáticos A y B realicen un ciclo automático con secuencia A-,B+,A+,B-. El inicio se realizará por medio de un pulsador. El ciclo deberá concluir aunque el pulsador no se encuentre oprimido y solo podrá iniciarse si fuera completado el ciclo anterior. El diagrama espacio-fase correspondiente a la secuencia se muestra a continuación:

A

B3

B2

B

A2

A3

A5 T

A-

B+

A+

B-

El esquema neumático es el siguiente: A

A1

4

B2

B

B3

2

4

A2

2

B1

A3 2

5

3

A2

1

A3 1

A5

A3

3

1

B2 3

3 1

2

A2 1

2

5

B2 2

2

B3

B3 1

3

1

3

3

En este esquema vemos una manera de solucionar el automatismo neumático. Como observamos, el cilindro A comienza extendido. Como regla básica siempre que un cilindro comience extendido, los finales de carrera correspondientes al cilindro, deberán intercambiarse de posición (a la derecha los pares y a la izquierda los impares) respecto a los finales de carrera correspondientes a un cilindro que comience retraído (a la derecha los impares y a la izquierda los pares). También debe permutarse la conexión de la válvula de potencia al cilindro correspondiente (ver ejemplos Hoja 4 / 12

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anteriores). El pulsador de marcha siempre debe ir en conexión “Y” (en serie) con el ultimo final de carrera de la secuencia (en nuestro caso el final de carrera A3). Otra manera de encontrar la solución a este automatismo es seleccionar una válvula de potencia 5/2 que tenga intercambiada las posiciones. La solución se muestra a continuación. Observar minuciosamente los cambios producidos en el esquema respecto al esquema anterior. A

A1

4

B2

B

B3

2

4

A3

A2

2

B1 5

A2

3

A3

1

2

A2 3

B2 1

A5

3

3 1

2

A3 1

5

B2 2

2

B3

B3 1

3

1

3

2

1

3

Ejercicios: Realizar las secuencias siguientes, considerando que el comienzo de la secuencia debe realizarse por medio de un pulsador con enclavamiento. 1.

A+, B+, A-, B-

2.

A+, B-, A-, B+

3.

A-, B+, A+, B-

4.

A-, B-, A+, B+

5.

A+, B+, C+, A-, B-, C-

6.

A+, B+, C-, A-, B-, C+

7.

A+, B-, C+, A-, B+, C-

8.

A+, B-, C-, A-, B+, C+

9.

A-, B+, C+, A+, B-, C-

10. A-, B+, C-, A+, B-, C+ 11. A-, B-, C+, A+, B+, C12. A-, B-, C-, A+, B+, C+

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MÉTODO DE DISEÑO DE CIRCUITOS EN CASCADA Supongamos el siguiente ejemplo: Se desea accionar dos cilindros de doble efecto de manera que al oprimir un pulsador se produzca el siguiente ciclo en forma automática y repetitiva: A+, B+,. B-, AEl diagrama espacio-fase correspondiente será:

A

B2

A4 T

A2

B

B3

A3 A+

B+

B-

A-

Y el esquema neumático será: A

A1 2

A2

4

A2

2

4

5

3

3

2

A4

1

3

B3

2

5 2

1

A3

B1

1

A2

B

B2

A3

B2

A3

2

2

B2 1

3 1

B3

B3

3

1

3

1

3

Si observamos detenidamente el esquema podemos de ver que: a) La señal de B2, que hace salir al cilindro B, está presente en el momento en que es emitida la señal desde B3 para hacerlo retornar. B2 está presente durante las fases 2 y 3, siendo B3 emitida al final de la fase 2. Esto significa que tendremos simultáneamente entrada de presión en el mando y la reacción de la válvula de potencia B1. B1

4

2

5

3 1

b) La señal A3 que hace retornar al cilindro A, estará presente cuando deba emitirse la señal de inicio que la hace salir. A3 estará presente durante las fases 4 y 1. Las válvulas biestables utilizadas en mandos neumáticos, no responden a una señal mientras tenga presente la contraria, es decir, la conmutación de la válvula es BLOQUEADA por la señal contraria. Hoja 6 / 12

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El ciclo propuesto presentará dos bloqueos que impedirá su desarrollo debido a la presencia en A1 y B1 de las señales A3 y B2 respectivamente. Las señales que por razones operativas del ciclo, están presentes cuando deban ingresar las contrarias se denominan SEÑALES BLOQUEANTES. Para que el ciclo pueda efectuarse, estás deben ser eliminadas. La técnica en Cascada es un método sistemático generalizado, para un número cualquiera de actuadores y de señales bloqueantes. A efectos de facilitar la comprensión del método, efectuaremos la explicación desarrollando en forma paralela el ejemplo anterior. Las distintas etapas del método son: A. Realizar el diagrama espacio-fase correspondiente a la secuencia a desarrollar, indicando en el mismo el encadenamiento de las señales de mando. Escribir en la parte inferior y en correspondencia con las fases, la secuencia expresada en forma literal abreviada. En nuestro caso, la secuencia es: A+, B+, B-, A-.

A

B2

A4 T

A2

B

B3

A3 A+

B+

I

B-

A-

II

B. Dividir la secuencia expresada en forma literal en grupos, de manera que en un mismo grupo no queden incluidos movimientos contrarios de un mismo actuador. Esto equivale a que en un grupo no deberá repetirse la letra correspondiente a un actuador. Para la separación del grupo se debe seguir la secuencia. Cuando se llegue a una repetición de letra (correspondiente a un actuador) se iniciará allí un nuevo grupo. Para el ejemplo propuesto, se observa en la figura anterior la separación en grupos de la secuencia. A partir de esta separación obtenemos el número de grupos, el cual es 2 para el ejercicio planteado. C. Determinar el número de memorias auxiliares 5/2 necesarias. Para esto: Nº Memorias  Nº Grupos 1

Para el ejemplo propuesto, el número de memorias auxiliares es igual a 1. D. Iniciar el esquema neumático, disponiendo en la parte superior los actuadores y sus correspondientes finales de carreras (obtenidos a partir del diagrama espacio-fase), junto con las válvulas de comando de los actuadores. En la parte inferior se trazarán líneas paralelas horizontales que denominaremos “líneas de grupo”. Se trazarán tantas líneas como grupos tengan la secuencia. E. Seguidamente se conectarán las memorias auxiliares a las líneas de grupo y estas entre sí en caso de haber varias memorias auxiliares. El esquema de conexionado se muestra en las figuras siguientes: Hoja 7 / 12

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F.i) Conexionado de una memoria auxiliar a dos líneas de grupo. I II

I II

Z1

Último Final de Carrera del Grupo I

Último Final de Carrera del Grupo II

F.ii) Conexionado de dos memorias auxiliares a tres líneas de grupo. I II III

I II III

Z1

Último Final de Carrera del Grupo I

Z2 Último Final de Carrera del Grupo II

Último Final de Carrera del Grupo III

F.iii) Conexionado de tres memoria auxiliar a cuatro líneas de grupo. I II III IV

I II III IV

Z1 Último Final de Carrera del Grupo I

Z2 Último Final de Carrera del Grupo II

Z3 Último Final de Carrera del Grupo III

Último Final de Carrera del Grupo IV

De acuerdo a lo visto, se intuye fácilmente el conexionado de un número mayor de memorias. Para el ejemplo propuesto, y según lo dicho hasta este párrafo, el esquema neumático será: A

A2

B

B2

A3

B3

B1

A1

I

I

II

II

Z1

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Neumática: DISEÑO SECUENCIAL

F. Se iniciará ahora el conexionado de los restantes elementos del sistema. Para ello se procederá siguiendo el orden determinado por la secuencia y de acuerdo con las siguientes reglas: F.i) Conectar la línea de Grupo I con el piloto de la válvula que origina el primer movimiento de dicho grupo, intercalando el pulsador de marcha A4 que forma parte de la condición de arranque. Para el ejercicio propuesto quedará: A

A2

B

B2

A3

B3

B1

A1

A4

I

I

II

II

Z1

Se puede observar que al oprimir el pulsador, se origina el primer movimiento de la secuencia (en el ejemplo, A+). Este movimiento accionará un fin de carrera que permitirá proseguir la secuencia (en el ejemplo, B2). F.ii) Alimentar el fin de carrera accionado por el primer movimiento desde la línea de Grupo I y su salida dirigirla al piloto de la válvula que origina el segundo movimiento de dicho grupo (o eventualmente al piloto de la memoria auxiliar para realizar el cambio de grupo en caso necesario). En el ejemplo, B2 origina el movimiento B+ contenido en el Grupo I; no hay necesidad de cambio de grupo, por lo tanto la salida de B2 debe ser dirigida de la válvula B1 para originar B+. A

A2

B

B2

A3

B3

B1

A1

A4

B2

I

I

II

II

Z1

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Neumática: DISEÑO SECUENCIAL

El segundo movimiento se producirá y se accionará un nuevo fin de carrera que permitirá proseguir la secuencia (en el ejemplo será B3). F.iii) Alimentar el fin de carrera accionado por el movimiento anterior desde la línea de Grupo I y la salida dirigirla al piloto de la válvula que origina el siguiente movimiento del grupo, o eventualmente al piloto de la memoria auxiliar cuando fuere necesario realizar un cambio de grupo. En el ejemplo, B3 debe originar un cambio de grupo ya que la acción siguiente (B-) pertenece al Grupo II (B3 es el último final de carrera del Grupo I y por lo tanto debe cambiar la Memoria). A

A2

B

B2

A3

B3

B1

A1

A4

B2

I

I

II

II

Z1 B3

El cambio de la posición de la memoria hará que la línea II se encuentre bajo presión en tanto la línea I es puesta a venteo. F.iv) A partir del cambio de grupo el proceso de conexionado indicado en los tres puntos anteriores se repite pero aplicado ahora al Grupo II. De este modo, se conectará la línea de Grupo II al piloto de la válvula que origina el primer movimiento del Grupo II (ver el punto F.i), no es necesario intercalar el pulsador de marcha pues no es condición en este caso). Para el ejemplo quedará: A

A2

B

B2

A3

B3

B1

A1

A4

B2

I

I

II

II

Z1 B3

Hoja 10 / 12

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Neumática: DISEÑO SECUENCIAL

Al accionarse B3 se presurizará la línea II y en consecuencia ocurrirá B- que accionará el fin de carrera A3. Se alimentará luego el fin de carrera accionado por este movimiento desde la línea de Grupo II y su salida será dirigida al piloto de la válvula del siguiente movimiento o eventualmente al piloto de la memoria auxiliar para un nuevo cambio de grupo, en caso que fuera necesario (ver el punto F.ii)). En nuestro ejemplo, A3 origina el movimiento A- (no es necesario el cambio de grupo pues A- esta dentro del Grupo II en el que ya estábamos). A

A2

B

B2

A3

B3

B1

A1

B2 A4 A3

I

I

II

II

Z1 B3

Al accionarse A3 se producirá A-. Este movimiento accionará el fin de carrera A2. El último final de carrera accionado (A2 en el ejemplo) deberá ser alimentado desde la línea de Grupo II y su salida (por ser el último del Grupo II) deberá ser dirigida al piloto de la memoria para cambiar al Grupo I y posibilitar así el comienzo de un nuevo ciclo. El esquema neumático habrá quedado así concluido. A3 B3 A2 B2 B A

B1

A1

B2 A4 A3

I

I

II

II

Z1 B3

A2

Hoja 11 / 12

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Neumática: DISEÑO SECUENCIAL

Ejemplo: Realizar el esquema neumático aplicando el método de cascada. Secuencia: A+, B-, B+, C+, C-, A-. Diagrama Espacio-Fase:

A

B3

A4 T

A2

B

C2

B2

C

C3

A3 A+

B-

B+

I

C-

C+

II

A-

III

Y el esquema neumático será: A

A2

B

B3

B2

C3

C2

B3

A4

A3

C1

B1

A1

C

C2

A3

I

I

II

II

III

III

Z1 B2 Z2 C3

A2

Hoja 12 / 12