Sistemas de control de máquinas

Departamento de Diseño Mecánico
Sistemas Oleohidráulicos y Neumáticos

CADENA DE MANDO
ESTRUCTURA DE LAS MÁQUINAS

PARTE OPERATIVA
O DE POTENCIA

INFORMACIONES -
DATOS ORDENES

MANDO
O CONTROL

Análisis por medio de bloques del flujo de señales desde su entrada hasta su salida:

BLOQUE DE ENTRADA

• Lo forman el conjunto de elementos a través
de los cuales ingresan al mando las señales de
la parte operativa.

• La señal recibida, de cualquier naturaleza
(acondicionamiento de señal) es convertida a
la adecuada al mando y transmitida a la
unidad de tratamiento.

wojeda@fing.edu.uy 1


BLOQUE DE COMUNICACION HOMBRE-MAQUINA.

• Permite al operador intervenir en el momento del arranque , efectuar paradas de
emergencia, tomar acciones alternativas y por medio de sistemas de señalización
controlar permanentemente el desarrollo de las operaciones.

• Esta función es realizada por medio de auxiliares de mando con intervención
humana (botoneras, pulsadores, palancas, pedales, etc) y señalizadores luminosos, o
en automatismos más complejos mediante pupitres, consolas y unidades de
programación como en el caso de los PLC´s

BLOQUES DE TRATAMIENTO.

Es el ´´cerebro´´, recibe las señales provenientes de la unidad de entrada, las procesa según
leyes preestablecidas y emite las señales de acción.

Según la complejidad del automatismo, el tratamiento puede ser realizado por medio de:

 Relés.
 Contactores auxiliares.
 Temporizadores.
 Elementos lógicos electrónicos o neumáticos.
 Secuenciadores.
 Autómatas programables.

BLOQUES DE SALIDA.

La forman el conjunto de elementos receptores de las señales emitidas por la unidad de
tratamiento. Estos elementos gobiernan el flujo energético dirigido a los órganos de trabajo.
Las señales recibidas desde la unidad de tratamiento son aquí AMPLIFICADAS y/o
CONVERTIDAS a las formas convenientes requeridas por los elementos de actuación.

Lo componen:

 Contactores de potencia.
 Válvulas y electroválvulas distribuidoras hidráulicas y neumaticas.
 Transductores en gral.



ACCIONAMIENTOS DE POTENCIA.

Lo componen los elementos ejecutores de las ordenes de mando. La energía recibida del
bloque de distribución es transformada en trabajo útil y transferida a la máquina.

Lo componen:

 todo tipo de motores (eléctricos, hidráulicos, neumáticos, etc.).
 actuadores lineales y rotantes neumáticos e hidráulicos.



FORMAS DE REPRESENTACION DE LAS FASES OPERATIVAS DE UNA
MAQUINA.

La complejidad siempre creciente de los automatismos requiere definir de modo claro
el desarrollo de las fases operativas del equipo y sus estados de conmutación.

De los siguientes métodos de representación, será el grado de complejidad del equipo el que
defina el más adecuado en cada caso.

1. Representación descriptiva simplificada.

FASE 1: A extiende su vástago, el cilindro A sujeta la pieza.
FASE 2: B extiende su vástago, el cilindro B acciona el punzón de marcación.
FASE 3: B retrae su vástago, el cilindro B retrocede.
FASE 4: A retrae su vástago, el cilindro A libera la pieza.

2. Representación abreviada con vectores.

En este caso el movimiento de los cilindros se representa por vectores. Se adopta
convencionalmente:



3. Representacón abreviada con signos.

En este caso el movimiento de los cilindros o actuadores es designado con los signos más
(+) y menos (-).
Se adopta convencionalmente:

+ Extensión del vástago.
- Retracción del vástago.



4. Representación en forma de diagramas.

DIAGRAMA DE 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 para ello dos ejes coordenados.

• Se representará en uno de ellos (eje vertical) el estado de los actuadores del sistema
utilizando valores binarios (0-1).

• En el otro eje (horizontal) se indicarán las fases o pasos en que se subdivide el ciclo
de trabajo. Estos pasos o fases están caracterizados por la modificación o cambio
del estado de un elemento constitutivo del mando. Estos cambios se indicarán con
líneas verticales auxiliares sobre el diagrama, que denominaremos líneas de fase.



Representación de los órganos de trabajo –

1. Los actuadores (neumáticos o hidráulicos) se
representan por líneas.

2. Las lineas horizontales representan estados de reposo
del elemento.

3. Las lineas inclinadas significan movimientos del
mismo (fases 2 y 4 de la figua).

4. Las lineas con distinta inclinación evidencian distintas
velocidades del movimiento, por ejemplo
aproximación rápida, trabajo lento y retorno rápido.

5. El arranque y parada de motores se indicará con una
linea vertical desde el estado 0 al estado 1 y viceversa.

6. Los motores con posibilidad de giro en dos sentidos se
representarán como en la figura. El nivel 1 superior
indicca por ejemplo rotación en sentido horario, en
tanto el inferior antihorario. El 0 indica reposo (motor
detenido).

7. Los motores con aceleración y deceleración
prolongada podrán representarse como en la figura
(caso de inversión de giro).

8. Cuando en un mando existan varios elementos de trabajo, éstos serán representados
individualmente uno debajo del otro estableciendo su relación por medio de las
líneas de fase.



Representación de los elementos de señalización –

Los elementos de señalización son aquellos que al ser actuados emiten una señal capaz de
modificar el estado de algún componente del mando.

Representación de las cadenas de señales –

Estas se representan con lineas. Las lineas tendrán un origen y un destino. Su origen será un
elmento de señalización y su destino aquel cuyo estado deba ser cambiado (válvula o
cilindro). Una flecha indicará el sentido de la señal. Se representarán los símbolos gráficos
siguientes:



Ejemplo de aplicación del diagrama espacio – fase.

Secuencia de la máquina: A+, B+, A- C+, B- C-

Se exige un funcionamiento a ciclo simple. El inicio se producirá oprimiendo un comando
bimanual y estará condicionado a la finalización del ciclo anterior.

Representación de los actuadores y el encadenamiento de señales:



Diagrama espacio-tiempo

• El diagrama espacio-tiempo constituye una variante del diagrama espacio-fase, en
donde en el eje horizontal se indican los tiempos en reemplazo de las fases
utilizadas en aquel..

• Cuando el tiempo de ejecución constituye
una variable de consideración en el
equipo, la “escala” de tiempos
simplemente se superpone a la de fases.

• Valen para este diagrama las mismas
reglas y símbolos gráficos ya mencionados. Su aplicación resulta adecuada en
aquellos mandos programados en función del tiempo, en tanto que el espacio-fase lo
es para los mandos por programas de recorridos y de evolución secuencial.



ESQUEMAS CIRCUITALES DE MANDO.

Un esquema circuital representa en forma gráfica la relación entre los distintos
componentes del mando, evidenciando de esta forma la lógica operativa del mismo.

Obs.: observar el valor de esta información como herramienta para la detección de fallas.

Nota: es importante que el esquema circuital sea realizado de forma clara, de fácil
interpretación y que pueda ser entendido por todo, para lo cual deberán utilizarse símbolos
de representación normalizados, respetando además ciertas reglas en cuanto a las
disposición de los elementos.

Simbología de los elementos –

La disposición de los elementos en el esquema circuital se realizará respetando la cadena de
mando (flujo de señales) en sentido vertical ascendente.

La disposición indicada se respetará en lo posible, excepto casos particulares en donde
probablemente otra disposición resulte más favorable atendiendo a la realización,
interpretación y lectura del esquema.



Reglas básicas:

1) La posición de actuación de los finales de carrera se indicará con un trazo vertical
en las posiciones en que son realmente actuados, con su correspondiente
identificación. El elemento se dibujará según la disposición anterior, es decir en el
bloque de entrada y en la posición que resulte más adecuada, apuntando a
simplificar el trazado de las líneas de interconexión.

2) Los elementos se dibujarán en el estado determinado por su pilotaje, con el equipo
en reposo y listo para el arranque.

3) Las conducciones se representaran por líneas lo mas rectas
posibles, evitando innecesarios cruces. Las conducciones
de trabajo (válvulas direccionales a cilindros) se dibujaran
con líneas continuas, en tanto que las conducciones de
pilotaje con las líneas de trazos. Esto ultimo a menudo
ocasiona dificultades de lectura prefiriéndose el trazo
continuo también para las líneas de pilotaje.

4) Puede evitarse el trazado de las conducciones de
alimentación a las válvulas del mando, simplemente
indicando en los elementos que las requieran, el símbolo
simplificado de la fuente de presión.

Denominación de los elementos en el esquema.

La adecuada designación de los componentes de un mando juega un papel fundamental en
la lectura e interpretación de sus funciones.

La designación deberá ser tal que aporte claridad a la lectura y una fácil determinación del
rol de cada elemento en el mando, facilitando la interpretación, la tarea de mantenimiento y
la búsqueda de fallas.

Nota: la metodología adoptada debe ser simple y clara, sin ambigüedades o indefiniciones.

Existen varias formas de denominar los componentes del mando, desde las totalmente
literales a las totalmente numéricas.

Nota: Para éste curso, se expondrá un método basado en la combinación anterior, es decir
alfanumérico.



REGLAS:

A, B, C, D, .... Letras mayúsculas del alfabeto (excepto Z) para los actuadores.

A1, B1, C1, Letra identificatoria del actuador seguido de 1 (uno), para las válvulas
D1.. de comando de los actuadores.
A2, A4, A6... Letra identificatoria del actuador seguida de pares para los elementos
B2, B4, B6... de la cadena de mando que gobiernan la salida del actuador
C2, C4, C6...
A3, A5, A7 ... Letra identificatoria del actuador seguida de números impares
B3, B5, B7 ... (excepto 1) para los elementos de la cadena de mando que gobiernan
C3, C5, C7 ... el retorno del actuador.
A02, B02, C02.. Letra identificatoria del actuador seguida de 02, 04, 06 etc., (pares)
para elementos que actúan sobre la velocidad de avance del actuador.
A03, B03, C03.. Letra identificatoria del actuador seguida de 03, 05, etc. (impares
excepto 1) para elementos que actúan sobre la velocidad de retorno
del actuador.
Z1, Z2, Z3, Z4.. Letra Z seguida de númeos crecientes correlativos para elementos del
mando cuyas funciones no son asignables a un actuador en particular
o que son comunes a varios (unidades de tratamiento, válvulas de
corte de energía, memorias auxiliares, etc.).

En la figura adjunta se muestra sobre un esquema circuital la aplicación del método
propuesto.



Nota: Cuando un elemento del mando (p.e.: un fin de carrera) forma parte de una cadena
que origina acciones sobre más de un actuador, llevará asociada tantas desiganaciones
como acciones origine según lo ya establecido



INTERPRETACIÓN DE ESQUEMAS CIRCUITALES DE MANDO.

Obs.: La correcta interpretación de los esquemas de mando constituye la base para la
detección sistemática de las fallas.

Mandos neumáticos básicos.

1. Mando directo de un cilindro de simple efecto con válvula
monoestable de comando manual por pulsador.

2. Mando directo de un cilindro de simple efecto con
válvula biestable de comando manual a palanca.

3. Mando directo de un cilindro de
doble efecto con válvula
monoestable de comando manual a
palanca.



4. Mando directo de un cilindro de
doble efecto con válvula biestable
de comando manual a palanca.

5. Mando indirecto de un cilindro de simple efecto con
válvula monoestable comandada por una señal
neumática proveniente de una válvula 3/2 accionada
manualmente.

6. Mando indirecto de un cilindro de
simple efecto con válvula biestable
comandada por dos señales
neumáticas provenientes de sendas
válvulas 3/2 de comando manual.



7. Mando indirecto de un cilindro de doble
efecto con válvula monoestable gobernada
por una señal neumática proveniente de
una válvula 3/2 accionada manualmente.

8. Mando indirecto de un cilindro de doble
efecto con válvula biestable comandada
por señales neumáticas provenientes de 2
válvulas 3/2 accionadas por pulsador.



Conclusiones:

- Para accionar un cilindro de simple efecto se utiliza una válvula 3/2 en
tanto que para uno de doble efecto deben utilizarse válvulas 4/2 ó 5/2.

- Las válvulas pueden ser monoestables (una única posición de reposo) o
biestables (reposo indistinto en ambas posiciones).

- El uso de válvulas monoestables conduce a mandos de iguales
características, es decir que la acción en la parte operativa se mantiene en
tanto sea mantenida la acción de mando.

- El uso de válvulas biestables conduce a mandos también biestables, es
decir que la acción perdura aunque se haya suprimido la acción de
mando y solo cesa cuando se opere una señal de mando contraria.



Mandos con realimentación de señal.

Mediante la técnica de realimentación es posible convertir un
mando piloto (de comportamiento monoestable) en uno de
acción retenida o memorizada (de comportamiento biestable),
aún utilizando válvulas monoestables.

Tomando el ej. 7. si tomamos una señal de la vía que alimenta
la cámara trasera del cilindro como en la figura y a través de
una válvula “o” la ingresamos a la cadena de señales de mando,
toda vez que se oprima el pulsador A2 el cilindro A extenderá
su vástago, permaneciendo allí aunque A2 deje de ser actuado.
El piloto de A1 es ahora realimentado con señal a través de A4
proveniente de una vía de alimentación del cilindro, lográndose
así un comportamiento biestable del mando.

Para retornar el cilindro a su posición de reposo,
bastará interrumpir la realimentación, mediante un
pulsador (A3) normalmente abierto.

Nota: la realimentación tomada desde las vías de utilización de los cilindros son
susceptibles a interferencias provocadas por el movimiento del actuador. Estas se hacen
notables cuando los actuadores son de grandes dimensiones, no siendo la realimentación
efectiva hasta tanto el actuador alcance su posición final de carrera, lo que obliga a
mantener el pulsador oprimido un periodo prolongado.



Una mejora notable de esta condición se
logra realimentando desde una válvula
intermedia (A6) .



Mando automático elemental de un actuador.

9. Un cilindro de doble efecto debe ejercer su acción al oprimir un pulsador. El retorno
debe ser automático una vez alcanzada la posición final de carrera.

Nota:

(1) Los circuitos mostrados presentan el inconveniente de que si el pulsador A2 se
mantiene oprimido. La secuencia se interrumpe con el vástago del cilindro
extendido. La señal del final de carrera no se efectiviza en razón de la presencia de
la válvula A1 y A6 respectivamente de la señal del pulsador.

(2) Por otro lado el ciclo podría comenzar en cualquier punto de la carrera de retorno,
sin que haya sido completado el ciclo anterior. Esto es en razón de que el pulsador
A2 está permanentemente alimentado y en consecuencia capaz de emitir señal toda
vez que sea oprimido.



Mando automático elemental con inicio condicionado.

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

La conexión serie de A2 y A4 configura una condición lógica “y” para el arranque. Esto es,
para que el ciclo comience, deben verificarse simultáneamente el accionamiento de A2 en
la máquina y el de A4 por parte del operador.



11. Se pretende lograr un sistema de iguales características que el del ej.10., pero el
inicio deberá poderse efectivizar indistintamente desde dos pulsadores distantes
entre sí (uno “o” el otro).

Esta exigencia implica una condición lógica “o” de inicio.

El avance del cilindro A se podrá concretar bien desde A4 o desde A6, vinculados
mediante la selectora A8 (válvula “o”). El final de carrera A2 en serie cumple las
funciones ya descritas en el ej.10, estableciendo una condición “y” de inicio.

La solución mostrada en el esquema
siguiente para el conjunto A2, A4, A6 y A8
es equivalente a la anterior, solo que la
condición lógica “y” de inicio es lograda
mediante una válvula de simultaneidad
(A10).



12. Implementación del conexionado con
válvulas “o” para que el ciclo del ej.11.,
pueda ser iniciado indistintamente desde
cuatro pulsadores distantes entre sí.

13. Se pretende lograr un sistema de iguales
características que el ej.10., pero el inicio deberá
poderse efectivizar sólo si son oprimidos
simultáneamente dos pulsadores (uno “y” otro de
un comando bimanual). Lo anterior implica una
condición lógica “y” de inicio entre los dos
pulsadores de marcha.



El avance del cilindro A podrá concretarse sólo cuando se encuentren oprimidos A4 y A6
por el operador, y además el fin de carrera A2 en la máquina.

Solución equivalente
utilizando válvulas de
simultaneidad o válvulas
“y”.

Obs.: Las válvulas de simultaneidad A8 y A10 del esquema, pueden ser reemplazadas por
válvulas 3/2 monoestables de pilotaje neumático:



14. Implementar el conexionado de válvulas “y” para que el ciclo del ej.13., pueda ser
iniciado si se oprimen simultáneamente cuatro pulsadores. “Comando de seguridad
a 4 manos”.



Mandos para regulación de velocidad en actuadores neumáticos.

Como norma general, la regulación de velocidad en los actuadores neumáticos debe
hacerse siempre y en lo posible sobre la vía de descarga del actuador. De este modo y
dentro de valores compatibles con la elasticidad del aire comprimido, podrán lograrse
regulaciones estables de la velocidad.

La elasticidad del medio influye notablemente en las bajas de velocidades, fijándose para
las regulaciones neumáticas un límite práctico inferior que oscila entre los 30 y 50 mm/seg.,
dependiendo ello además, del tamaño del actuador, característica de la carga sobre el
vástago, calidad del regulador empleado, presión de alimentación, etc Cuando deban
obtenerse movimientos estables son velocidades inferiores al límite fijado, deberá recurrirse
a sistemas hidroneumáticos o hidráulicos de avance, cuyo límite de regulación en términos
prácticos puede ser tan bajo como se quiera.



Regulación en actuadores de simple efecto.

En este tipo de actuadores no queda otra solución más que regular su vía de alimentación
con las limitaciones ya enunciadas.

Avance regulado y retorno normal.

Avance normal y retorno reguladdo.

Avance y retornos regulados no independientes.



Avance y retorno regulados independientes.

Avance normal y retorno rápido.

Avance regulado y retorno rápido.



Regulación en actuadores de doble efecto.

En este caso es posible aplicar la norma general de regulación.

Avance regulado y retorno normal.

Avance normal y retorno regulado



Avance y retorno regulados no independientes.

Avance y retorno regulados e independientes.



Avance normal y retorno rápido.

Avance regulado y retorno rápido.

Avance rápido y retorno regulado.



Conclusiones y comentarios.

1. La disminución de velocidad en actuadores neumáticos se logra con reguladores de
caudal unidireccionales o bidireccionales.

2. El aumento de velocidad se logra con válvulas de escape rápido. Estas permiten
aumentar la velocidad media de un actuador entre un 40% y un 60% respecto de la
velocidad con descarga normal.

3. La velocidad puede regularse (según el caso) sobre las vías de utilización de las
válvulas o sobre los escapes de éstas. Es más efectiva la primera y más lo es cuanto
más cerca del actuador se efectúe la regulación.

4. Las válvulas de escape rápido se instalarán lo más cerca posible del actuador. Las
conexiones ente éste y la válvula de escape serán como mínimo del mismo tamaño
que la conexión del actuador si quieren obtenerse plenos resultados.

5. Las válvulas 5/2 ofrecen siempre mayores alternativas para la regulación que las
válvulas 4/2.



Temporizaciones neumáticas - Esquemas básicos de temporización.

Temporización con retardo a la abertura.

Temporización con retardo al cierre.

Prolongación de una señal.



Retardo de la conexión y desconexión (retardo y prolongación).

Monopulso – Generador de impulsos.



15. Se pretende que un cilindro neumático actúe al oprimir un pulsador. Su retorno
debe producirse automáticamente cierto tiempo después de alcanzada la posición
final de carrera. El ciclo debe comenzar sólo si el vástago se encuentra en posición
de reposo (retraído) y no debe poder reiniciarse hasta tanto no finalice el anterior.


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