DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

CARRERA DE INGENIERIA ELECTROMECÁNICA

INFORME DE CONTROL HIDRAÚLICO Y NEUMÁTICO

TEMA: DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE CONTROL NEUMÁTICO DISCRETO.

AUTORES: AMORES MORENO ANA GABRIELA

MISE GUANOLUISA CARLOS DANILO

TIGSE PILLA CARLOS GEOVANY

DIRECTOR: ING. WILSON SÁNCHEZ

LATACUNGA

2015

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ÍNDICE DE CONTENIDO

CARÁTULA

ÍNDICE DE CONTENIDO

ÍNDICE DE FIGURAS.................................................................................... III

ÍNDICE DE TABLAS...................................................................................... III

1. TEMA:...................................................................................................1

1. OBJETIVOS..........................................................................................1

1.1. OBJETIVO GENERAL..........................................................................1

1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS................................................................1

2. MARCO TEÓRICO...............................................................................1

2.1. CONTROL NEUMÁTICO E HIDRÁULICO...........................................1

LOS PRINCIPALES COMPONENTES DE UN SISTEMA HIDRÁULICO SON:

2

2.2. CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE – PLC...........................7

3. EQUIPO Y ELEMENTOS.....................................................................9

4. PROCEDIMIENTO...............................................................................9

5. ANÁLISIS DE RESULTADOS..............................................................9

6. CONCLUSIONES.................................................................................9

7. RECOMENDACIONES.........................................................................9

8. BIBLIOGRAFÍA.....................................................................................9

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ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Válvula de cierre

Figura 2. Simbología de la válvula proporcional

Figura 3. Válvula proporcional

Figura 4. Cilindro de doble efecto

Figura 5. Sensor final de carrera

Figura 6. Pulsadores

Figura 7. PLC S7-200

Figura 8. Fuente de alimentación de 24 V

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Datos técnicos de la electroválvula 5/3..................................................7

1

1. TEMA: Diseño e Implementación de un sistema de control neumático discreto.

1. OBJETIVOS

1.1. OBJETIVO GENERAL

Diseñar e Implementar un sistema de control neumático discreto,

mediante la aplicación del módulo de hidráulica para demostrar la técnica

de control neumático discreto aprendido en clase.

1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Identificar los elementos que constituyen el sistema.

Diseñar el control neumático discreto en el software Automation.

Realizar la programación para el PLC en el software STEP 7.

Implementar el sistema en el módulo de hidráulica.

Verificar el funcionamiento esperado del sistema.

2. MARCO TEÓRICO

2.1. CONTROL NEUMÁTICO E HIDRÁULICONeumática

Es la tecnología que emplea el aire comprimido como modo de

transmisión de la energía necesaria para mover y hacer funcionar

mecanismos.

Hidráulica

La hidráulica es un método sencillo para la transmisión de grandes

fuerzas mediante fluidos a presión.

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Mediante un fluido, ya sea aire (neumática), aceite o agua (hidráulica) se

puede conseguir mover un motor en movimiento giratorio o accionar un

cilindro para que tenga un movimiento de salida o retroceso de un vástago

(barra). Esto hoy en día tiene infinidad de aplicaciones como pueden ser la

apertura o cierre de puertas en trenes o autobuses, levantamiento de

grandes pesos, accionamientos para mover determinados elementos, etc. El

control del motor o del cilindro para que realice lo que se hace mediante

válvulas que hacen las veces de interruptores, pulsadores, conmutadores,

etc. si lo comparamos con la electricidad y mediante tubos conductores

(equivalente a los conductores eléctricos) por los que circula el fluido.

(GUSTAVO, 2012)

LOS PRINCIPALES COMPONENTES DE UN SISTEMA HIDRÁULICO

SON:

1.-Bomba

2.-Actuadores

3.-Válvula

Bombas hidráulicas

La bomba aspira el fluido con dirección al cilindro. Cuando el cilindro se

sobrecarga la presión empieza a aumentar. Esto es debido a que el fluido no

puede circular libremente.

La presión

La presión también se va creando por las cañerías o tuberías

(mangueras), y esto puede provocar una avería. Por lo tanto ello,

necesitamos colocar en el sistema una válvula de seguridad.

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Válvulas

Las válvulas son elementos que mandan o regulan la puesta en marcha,

el paro y la dirección, así como la presión o el caudal del fluido enviado por

una bomba hidráulica. Una válvula es un dispositivo mecánico que consiste

de un cuerpo y una pieza móvil, que conecta y desconecta conductos dentro

del cuerpo. Según su función las válvulas pueden dividirse en: válvulas

distribuidoras, válvulas de bloqueo, válvulas de presión, válvulas de caudal,

válvulas de cierre. (CATARINA, 2010)

Válvula reguladora de cierre

Son válvulas que permiten el paso del caudal al abrirlas o cerrarlas, sin

escalones. De la misma manera que un grifo.

Figura 1. Válvula de cierre

Válvula 5/3 control proporcional

Este tipo de válvulas por lo general de 3 vías, regulan la presión y el

caudal a través de un conducto por medio de una señal eléctrica, que puede

ser de corriente o de voltaje. Su principal aplicación es el control de posición

y de fuerza, ya que los movimientos son proporcionales y precisos, lo que

permite un manejo más exacto del paso de fluidos, en este caso del aire.

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Figura 2. Simbología de la válvula proporcional

Características:

Tabla 1. Datos técnicos de la electroválvula 5/3

Datos técnicos de la Electroválvula 5/3 centro cerrado

Medio Aire comprimido filtrado con o sin

lubricación

Ejecución Válvula de corredera, pilotada, centro

cerrado

Margen de presión 300 – 800 kPa (3 – 8 bar)

Tiempos de conmutación A 600 kPa (6 bar) con: 20 ms, Desc:

30ms

Caudal nominal estándar 500 l/min

Conexión Racores CU-PK-3 para tubo plástico

PUN- 4 x 0.75

Parte Eléctrica

Tensión 24 V DC

Consumo 1.5 W

Duración del ciclo 100 %

Conexión Clavija de 4 mm y conector de 2

terminales

Tabla 2. Datos técnicos de la electroválvula 5/3

Fuente: http://e-ducativa.catedu.es

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Figura 3. Válvula proporcional

Cilindro de doble efecto

Los cilindros hidráulicos obtienen la energía de un fluido hidráulico

presurizado, que es típicamente algún tipo de aceite. El cilindro hidráulico

consiste básicamente en dos piezas: un cilindro barril y un pistón o émbolo

móvil conectado a un vástago. El cilindro barril está cerrado por los dos

extremos, en uno está el fondo y en el otro, la cabeza por donde se introduce

el pistón, que tiene una perforación por donde sale el vástago.

(ACTUADORES, 2010)

Figura 4. Cilindro de doble efecto

Sensor final de carrera

Dentro de los componentes electrónicos, se encuentra el final de carrera o

sensor de contacto (también conocido como "interruptor de límite"), son

dispositivos eléctricos, neumáticos o mecánicos situados al final del recorrido

o de un elemento móvil, como por ejemplo una cinta transportadora, con el

objetivo de enviar señales que puedan modificar el estado de un circuito.

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Figura 5. Sensor final de carrera

Fluido

En principio, cualquier líquido es apropiado para transmitir energía de

presión. No obstante, el líquido utilizado en un sistema hidráulico tiene que

cumplir ciertas funciones: transmitir la presión, lubricar las partes móviles de

los equipos, disipa r el calor producto de la transformación de energía,

amortiguar vibraciones causadas por picos de presión, proteger ante

corrosión, eliminar partículas abrasivas, además de utilizar líquidos

difícilmente inflamables. Los aceites elaborado s con aceites minerales,

cumplen con todos los requisitos antes mencionados y por esto son los más

utilizados en la industria. (CATARINA, 2010)

Pulsadores

Un botón o pulsador es un dispositivo utilizado para realizar cierta función.

Los botones son de diversas formas y tamaño y se encuentran en todo tipo

de dispositivos, aunque principalmente en aparatos eléctricos y electrónicos.

Los botones son por lo general activados, al ser pulsados con un dedo.

Permiten el flujo de corriente mientras son accionados. Cuando ya no se

presiona sobre él vuelve a su posición de reposo. Puede ser un contacto

normalmente abierto en reposo NA o NO (Normally Open en Inglés), o con

un contacto normalmente cerrado en reposo NC. (TECH, 2010)

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Figura 6. Pulsadores

2.2. CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE – PLC El Controlador Lógico Programable (PLC) nació como solución al control

de circuitos complejos de automatización. Por lo tanto se puede decir que un

PLC no es más que un aparato electrónico que sustituye los circuitos

auxiliares o de mando de los sistemas automáticos. A él se conectan los

captadores (finales de carrera, pulsadores, etc.) por una parte, y los

actuadores (bobinas de contactores, lámparas, pequeños receptores, etc.)

Campos de aplicación

El PLC por sus especiales características de diseño tiene un campo de

aplicación muy extenso. La constante evolución del hardware y software

amplía constantemente este campo para poder satisfacer las necesidades

que se detectan en el espectro de sus posibilidades reales.

CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE – PLC S7-200

Memoria de usuario: 50 KB de memoria de trabajo

E/S digitales integradas: 14 entradas/10 salidas

E/S analógicas integradas: 2 entradas

Área de marcas: (M) 8192 bytes

Ampliación con módulos de señales: 8 SMs máx.

Número de puertos: 1 Tipo Ethernet

Rango de tensión: 85 a 264 V AC 20,4 a 28,8 DC

Frecuencia de línea: 47 a 63 Hz

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Conexiones:

para HMI

para la programadora

para CPU a CPU (SIEMENS)

Figura 7. PLC S7-200

Fuente de alimentación de 24 V

Una fuente de alimentación es un dispositivo que convierte la tensión alterna,

en una o varias tensiones, prácticamente continuas, que alimentan los

distintos circuitos del aparato electrónico al que se conecta. (CATARINA,

2010)

Figura 8. Fuente de alimentación de 24 V

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3. EQUIPO Y ELEMENTOS

Cilindro de doble efecto

4 Sensores de fin de carrera

Válvula proporcional 5/3

Mangueras

4 Pulsadores

Fuente de alimentación de 24 v

PLC S7-200

Módulo de conexión

Cables

Módulo de hidráulica

4. PROCEDIMIENTO

1. Realizar el diagrama en fluid SIM para comprobar su funcionamiento.

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Fig. 9 Diagrama en FLUIDSIM.

Fig. 10 Desplazamiento a la estación E1.

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Fig. 11 Despacho de producto.

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Fig. 12 Desplazamiento hasta la estación E4.

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Fig. 13 Despacho de producto.

Fig. 14 Diagrama de estado.

2. Una vez comprobado el funcionamiento programar en el STEP7

Microwin, para posteriormente descargar al PLC S7200.

3. Seleccionamos los materiales a utilizar en el módulo de control

Hidráulico.

Fig. 15 Pistón Hidráulico.

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Fig. 16 Pulsantes.

Fig. 17 Válvula Proporcional 4/3.

Fig. 18 PLC SIMATIC S7200.

4. Con estos elementos, proceder armar el módulo de control hidráulico.

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Fig. 19 Modulo de control hidráulico.

5. Proceder a conectar la válvula 4/3 de accionamiento eléctrico con el

pistón y la fuente de alimentación hidráulica.

Fig. 20 Modulo de control hidráulico armado.

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6. Alimentar el PLC S7200 con 24 VCC.

Fig. 21 Fuente de alimentación 24 VCC.

7. Presionar P1 dos veces, de manera que se simulara la descarga de

dos productos en la estación E0 y se desplazara hasta estación dos

E1.

Fig. 22 Estación E0.

Fig. 23 Despacho de producto en la estación E0.

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8. En la estación E1 presionar nuevamente dos veces P1 para descargar

dos productos y desplazarse a la estación E2.

Fig. 24 Estación E1.

9. En la estación E2 presionar nuevamente dos veces P1 para descargar

dos productos y desplazarse a la estación E3.

Fig. 25 Estación E2.

10.En la estación E3 presionar nuevamente dos veces P1 para descargar

dos productos y se deberá trasladar el pistón a la posición inicial E0.

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Fig. 26 Estación E3.

11.En la estación E0, aquí iniciara nuevamente un nuevo ciclo.

Fig. 27 Estación E3.

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4.1.1. ANÁLISIS DE RESULTADOS

Funcionamiento Del Sistema

Al momento de pulsar P1 esto provoca que envié una señal a I0.0 lo

cual indica que se encuentra una caja en el elevador.

Pulsando dos veces P1 indicaría que en el elevador debe cambiar

de posición y subir al segundo piso para lo cual se activa la

electroválvula en la posición A+ lo cual hace que el flujo del líquido

circule por el pistón provocando su cambio de posición hacía el

segundo piso el sistema se detiene al detectar el final de carrera

localizado uno en cada piso al llegar el ascensor al primer piso se

activa el final de carrera 1 y se detiene espera la señal nuevamente

de P1 y sale al tercer piso lo mismo ocurre con el cuarto espera la

señal de P1 y regresa al piso 1 y se detiene el funcionamiento

5. CONCLUSIONES

El sistema es de control automático e hidráulico utiliza un plc

como control y su fluido de trabajo es aceite lo cual proporción

un control más exacto

Los sistemas hidráulicos se emplean, por lo general, en

aquellas situaciones en que se requiera una fuerza elevada.

Por el contrario, la neumática se utiliza preferentemente en la

automatización de procesos

los sistemas PLC tiene una gran aplicación en grandes áreas

de la industria en especial en áreas de automatización dado a

su precisión y control

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6. RECOMENDACIONES

Alimentar las entradas y salidas del plc ya que si no se hace

esto el plc no podrá leerlas

Mantener el nivel de fluido apropiado en el depósito hidráulico

asegurarse de que las mangueras hidráulicas de extremo este

bien selladas ya que si no lo están podaran ocasionar fugas

Se recomienda comprobar el funcionamiento de cada elemento

que se utilice antes de montar el sistema ya que esto nos

ayuda a entender cuáles son sus entradas de alimentación y su

comportamiento su estado de funcionamiento antes de

armarlos en el circuito conjunto para la simulación.

7. BIBLIOGRAFÍA

ACTUADORES. (2010). Obtenido de

https://es.wikipedia.org/wiki/Cilindro_hidr%C3%A1ulico

Automation_Studio. (2011). Obtenido de

http://ripipsa.net/descargas/Automation_Studio.pdf

CATARINA. (2010). Obtenido de

http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lmt/maza_c_ac/capit

ulo5.pdf

GUSTAVO, C. (2012). Obtenido de

http://es.scribd.com/doc/43518832/CONTROL-NEUMATICO-E-

HIDRAULICO#scribd

SIEMENS. (s.f.). Obtenido de http://w3.siemens.com/mcms/programmable-

logic-controller/en/basic-controller/s7-1200/pages/default.aspx

TECH. (2010). Obtenido de

https://es.wikipedia.org/wiki/Sensor_final_de_carrera

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