ud9 automatización eléctrica algebra logica

APUNTES DE

AUTOMATISMOS

ELÉCTRICOS,

NEUMÁTICOS E

HIDRÁULICOS

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UD 9 Automatización eléctrica. Relés. Contactores. Simbología eléctrica. Álgebra lógica

9.0 Introducción

9.1 Algebra lógica.

9.1.0 Sistemas de numeración y representación

9.1.1 Álgebra de Boole. Introducción

9.1.2 Operaciones y sus propiedades en el Álgebra de Boole

9.1.3 Tabla de la verdad. Funciones lógicas

9.1.4 Puertas lógicas

9.1.5 Simplificación de sistemas combinacionales. Tabla de Karnaugh

9.2 Automatización eléctrica cableada. Elementos

9.2.0 Introducción

9.2.1 Elementos característicos. Contactor y Relé

9.2.2 Tipos de relé

9.2.3 Simbología eléctrica

9.2.4 Circuitos característicos de mando eléctrico

9.0 Introducción

Un proceso a automatizar requiere tener en cuenta un conjunto de elementos, cada uno de los

cuales realiza su función dentro del proceso. Podríamos representar el proceso con el sistema de

control y estos elementos mediante el gráfico.

AUTOMATISMOS ELÉCTRICOS, NEUMÁTICOS E HIDRÁULICOS

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Elementos de entrada de órdenes

Son los que permiten al operador la entrada de datos y órdenes al sistema. Podemos

clasificarlos en dos categorías: binarios y numéricos (o alfanuméricos). Los elementos binarios son

los que nos permiten entrar órdenes del tipo sí/no (cierto/falso, activado/desactivado, etc.). Entre

ellos destaca el pulsador que es el más usado en el entorno industrial, sin embargo, podemos

destacar también los interruptores, los conmutadores, etc.

Los elementos numéricos permiten la entrada de números Los más corrientes son los

preselectores digitales que son elementos con una rueda numerada (habitualmente del 0 al 9) que

se puede hacer girar en uno u otro sentido mediante unos botones; el valor que aparece en el

frontal del preselector es el que se envía al sistema de control.

También destacan los teclados numéricos.

Los elementos alfanuméricos permiten entrar letras y números (a menudo codificados en

código ASCII), en la mayor parte de los casos se trata de teclados.

Elementos de entrada de información

Son elementos del sistema encargados de transmitir el estado en el que se encuentran

diversos factores o elementos que condicionan el funcionamiento del sistema

Los elementos de entrada de información se pueden clasificar según el tipo de señal que

faciliten o según la magnitud que indiquen.

Según el tipo de señal podemos distinguir los binarios, los numéricos y los analógicos.

Los binarios comparan la magnitud con una referencia (umbral) y la salida corresponde al

resultado de la comparación (mayor/menor); un ejemplo podría ser un termostato.

Los numéricos facilitan un código numérico que corresponde al valor de la magnitud leída; un

ejemplo podría ser un codificador de posición axial absoluto (encoder).

Los analógicos dan una señal en forma de tensión eléctrica o de corriente eléctrica proporcional

al valor de la magnitud; por ejemplo podemos citar un transductor de par mecánico. Las

informaciones de tipo analógico se presentan habitualmente en uno de los siguientes cuatro

rangos: 0 a 10 V y -10 a 10 V.

Las señales de corriente eléctrica son de 0-20 mA y 4-20 mA y tienen la ventaja respecto a los

de tensión de no verse afectados por la longitud de los conductores; además el tipo 4-20 mA

facilita la detección de averías dado que el valor 0 mA sólo se puede obtener en caso de mal

funcionamiento. Por estos motivos el tipo 4-20 mA es el más usado en el entorno industrial.

Las magnitudes a detectar o medir son muchas, podemos destacar algunas: Temperatura,

presión, caudal, pH, posición, velocidad, aceleración, fuerza, par mecánico, deformación, corriente

eléctrica, tensión eléctrica, potencia, iluminación, presencia (final de carrera), proximidad

(inductivos, capacitivos,...), etc.

Además podemos incluir dentro de esta categoría los avisos (todos ellos binarios) procedentes

de los preaccionadores; como podrían ser estado de contactores, fusibles, relés térmicos, etc.

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Elementos de salida de información

Se encargan de la comunicación con el operador. Se pueden clasificar de forma similar a los de

entrada de órdenes. Los elementos binarios son los que dan informaciones del tipo sí/no

(cierto/falso, activado/desactivado, etc.). Entre ellos destaca el piloto visualizador, pero también

podemos citar los timbres, las sirenas, etc.

Los elementos numéricos y alfanuméricos permiten la visualización de números o de números

y texto.

Los más sencillos son los displays de 7 segmentos y los displays alfanuméricos, pero también

destacan las pantallas de cristal líquido (LCD) que permiten mensajes más largos y complejos o

los monitores (parecidos a pantallas de ordenador) que permiten presentar gráficos (por ejemplo

sinópticos) fijos o en movimiento.

Preaccionadores y accionadores

Los accionadores son los encargados de llevar a cabo el proceso. A menudo los accionadores

no son directamente conectables al sistema de control y requieren preaccionadores.

Por ejemplo, un motor eléctrico necesita un contactor (o un interruptor) o un variador de

velocidad para poder funcionar, un cilindro neumático necesitará una válvula distribuidora; un

cilindro o un motor hidráulico necesitará una válvula distribuidora o una válvula proporcional; a un

calentador eléctrico le hará falta un contactor o un variador de tensión; etc. Fijémonos que entre

los citados hay elementos binarios (contactor, válvula distribuidora) y elementos de pedido

analógico (variador de tensión, válvulas proporcionales).

Sistema de tratamiento de la información

El sistema de tratamiento de la información establece la forma en que se tienen que combinar

las entradas de información a fin de activar las salidas del proceso. Cuando una misma

combinación de entradas siempre da lugar a la misma combinación de salidas se dice que el

proceso es de tipo combinacional.

9.1 Algebra lógica.

9.1.0 Sistemas de numeración y representación

Todos estamos familiarizados en la vida cotidiana a utilizar el sistema decimal, es decir usando

10 cifras (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 y 9). En vez de este sistema se podía haber usado arbitrariamente

cualquier otro pero éste fue adoptado, probablemente porque tenemos diez dedos en las dos

manos.

En el sistema decimal, tenemos diez elementos de un digito para expresar cualquier cantidad.

La combinación de estos digitos hace que la posición que ocupa en la cifra que expresa valores

por encima de un digito le confiera un peso o valor determinado, el cual deriva de potencias de

diez.


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Para expresar un número mayor que 9 se ponen dos cifras de lado, la primera de ellas expresa

el número entero de veces que es necesario contar hasta 10 y la segunda el resto que es

necesario añadirle; así podemos contar hasta 99. Para contar hasta más arriba sólo es necesario ir

aumentando el número de cifras.

Por ejemplo 7583 se halla sumando los pesos representativos de cada digito.

7 unidades de millar

5 centenas

8 decenas

3 unidades

7 x 103 + 5 x 102 + 8 x 101 + 3 x 10 0 = 75 83

Así un mismo número puede ser representado en cualquier sistema de numeración que se nos

pueda ocurrir.

Por ejemplo 110101 en base 2

1 x 25 + 1 x 24 + 0 x 23 + 1 x 22 +0 x 21 + 1 x 2 0 = 53 (decimal)

De esta forma sabemos convertir un número de cualquier base a base decimal. Para hacer la

conversión en sentido contrario vamos dividiendo el número por la base deseada hasta llegar a un

cociente de cero; entonces todos los restos obtenidos leídos en orden inverso dan el número

deseado. Así podemos convertir 125 en base 10 a base 2

125 : 2 = 62 resto 1

62 : 2 = 31 resto 0

31 : 2 = 15 resto 1

15 : 2 = 7 resto 1 125 = 1111101

7 : 2 = 3 resto 1

3 : 2 = 1 resto 1

Hasta aquí solo hemos tratado los números enteros. Para pasar números con parte fraccionaria

de una base a otra, tenemos que saber primero que la parte fraccionaria de un número en una

base es tambien parte fraccionaria de ese número en cualquier otra base.

Para pasar la parte fraccionaria de un número en base 10 a base 2 se va multiplicando por 2

dicha parte y anotando el dígito que queda delante de la coma.

Po ejemplo 0,250 base 10 a base 2

0,250 x 2 = 0,500 bit 0

0,500 x 2 = 1,000 bit 1 0,250= 0,01

Si la parte fracionaria no se anula, se puede seguir obteniendo tantos digitos como se desee.

Es posible que el proceso no termine.

Para distinguir los numeros positivos de los negativos ponemos un bit de signo previo al valor

absoluto, generalmente se dedica el bit 0 a los positivos y el bit 1 a los negativos.

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Sistema binario y codigos del sistema binario

Los ordenadores y los autómatas son equipos electrónicos y, como tales, sólo son capaces de

almacenar dos valores que corresponden a los estados con corriente y sin corriente. Por este

motivo estas máquinas trabajan internamente en forma binaria (base 2).

El código binario tiene sólo dos valores (0 y 1), lo que hace que un número escrito en binario

tenga muchas más cifras que en decimal. Por ejemplo 47583 escrito en binario será

1011100111011111.

Los codigos en general se clasifican en dos grandes grupos: PONDERADOS en los que cada

bit tiene un peso valor determinado según su posición y NO PONDERADOS.

Código BCD (Decimal codificado en binario)

A menudo un número tiene que ser representado en un display de salida. En este caso es

habitual escribir este número en código BCD (decimal codificado en binario). Un número en código

BCD consta de una sucesión de grupos de cuatro cifras binarias donde cada bloque es la cifra

decimal correspondiente escrita en binario. Así el número 47583 se escribe en BCD

0100 0111 0101 1000 0011

4 7 5 8 3

Decimal Binario

8421 (Peso del

bit)

0 0000

1 0001

2 0010

3 0011

4 0100

5 0101

6 0110

7 0111

8 1000


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Código biquinario

Es un código ponderado que utiliza 7 bit para cada combinación.

Decimal Biquinario

50 4 3 2 1 0

0 01 0 0 0 0 1

1 01 0 0 0 1 0

2 01 0 0 1 0 0

3 01 0 1 0 0 0

4 01 1 0 0 0 0

5 10 0 0 0 0 1

6 10 0 0 0 1 0

7 10 0 0 1 0 0

8 10 0 1 0 0 0

9 10 1 0 0 0 0

Código Gray

Decimal Gray

0 0000

1 0001

2 0011

3 0010

4 0110

5 0111

6 0101

7 0100

8 1100

9 1101

10 1111

11 1110

12 1010

13 1011

14 1001

15 1000

Código exceso a 3 (x s 3)

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Se trata de un codigo no ponderado que se obtiene sumando 3 al codigo BCD

Decimal Binario XS3

0 0000 0011

1 0001 0100

2 0010 0101

3 0011 0110

4 0100 0111

5 0101 1000

6 0110 1001

7 0111 1010

8 1000 1011

9 1001 1100

Sistema octal y hexadecimal

A la hora de trabajar con ordenadores y autómatas no es cómodo trabajar en binario y, por

esto, los usuarios pueden trabajar, según los casos, en octal o hexadecimal.

En el sistema hexadecimal (base 16) disponemos de 16 cifras (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B,

C, D, E y F). Demonos cuenta de que para evitar confusiones en la escritura a las 6 cifras

superiores a 9 se les asigna una letra.

Decimal Octal Hexadecimal Binario

0 0 0 0000

1 1 1 0001

2 2 2 0010

3 3 3 0011

4 4 4 0100

5 5 5 0101

6 6 6 0110

7 7 7 0111

8 10 8 1000

9 11 9 1001

10 12 A 1010

11 13 B 1011

12 14 C 1100

13 15 D 1101

14 16 E 1110

15 17 F 1111

Como ejemplo el número 47583 se escribiría en hexadecimal como B9DF,

B x 163 = 11 x 4096 = 45056


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9 x 162 = 9 x 256 = 2304

D x 161 = 13 x 16 = 208 47583= B9DF

F x 160 = 15 x 1 = 15

En el sistema octal (base 8) trabajamos con dígitos entre 0 y 7. El número 134737 escrito en

octal, valdrá 47583 en decimal

1 x 85 = 1 x 32768 = 32768

3 x 84 = 3 x 4096 = 12288

4 x 83 = 4 x 512 = 2048 47583 = 134737

7 x 82 = 7 x 64 = 448

3 x 81 = 3 x 8 = 24

7 x 80 = 7 x 1 = 7

9.1.1 Álgebra de Boole

El álgebra de Boole describe el conjunto de propiedades que cumplen las funciones básicas de

la lógica. Dado que todos nuestros elementos sólo pueden tener dos valores (1 y 0) podemos decir

que es un álgebra de tipo binario.

Los elementos de entrada de señales a un circuito (pulsadores, interruptores, etc.) pueden

tener dos estados: conectado (cerrado) y desconectado (abierto). Los elementos de salida

(contactores, relés, electroválvulas, etc.) también tienen dos estados: excitado (trabajo) y no

excitado (reposo).

El primer estado (conectado, excitado) lo representamos por 1 y el segundo (desconectado,no

excitado) por 0. Estas cifras (1 y 0) corresponden a la forma que la lógica usa para representar

cualquiera de las combinaciones sí-no, cierto-falso, cerrado-abierto, conectado-desconectado, etc.

Para describir la ecuación de un circuito, siempre partiremos de la situación de reposo (y, por

tanto, la más segura) de sus componentes.

El álgebra de Boole establece una serie de postulados y operaciones tendentes a resolver

automatismos o procesos a ejecuta, obteniendo un conjunto de ecuaciones que deberian ser

traducidos y llevados a cabo por elementos mecánicos, hidaúlicos, neumáticos, eléctricos o

electrónicos. Es un sistema matemático usado en el diseño de cicuitos lógicos, que permite

representar mediante símbolos el objeto de un circuito lógico, de forma que su estado pueda ser

equivalente a un circuito real que mediante herramientas lo lograremos simplificar y hacer más

eficaz.

9.1.2 Operaciones y sus propiedades en el Álgebra de Boole

En el álgebra de Boole solo se realizan tres operaciones la suma y el poducto y la

complementación (inversa) que cumplen los siguientes postulados.

1º) Propiedad conmutativa

a + b = b + a y a x b = b x a

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2º) Elemento neutro

a + 0 = a y a x 1 = a

3º) Propiedad distibutiva

a + (b x c) = (a + b) ( a + c) y a x (b + c) = a x b + a x c

4º) Elemento complementario

a + a = 1 y a x a = 0

5º) El resultado de aplicar cualquiera de estas operaciones el resultado es otra variable del

sistema y además el resultado es único.

6º) Ley de impotencia

a + a = a y a x a= a

7º) Ley de involución

a = a

8º) Ley asociativa

a + (b + c) = (a + b) + c = a + b + c y a x (b x c) = (a x b) x c = a x b x c

9º) Ley de absorción

a + a x b = a y a x (a + b) = a

10º) Leyes de Morgan

a x b = a + b y a + b = a x b

9.1.3 Tabla de la verdad. Funciones lógicas

Se define como función lógica en el Álgebra de Boole a todo conjunto de variables

relacionadas entre sí por cualquiera de las operacines definidas en el apartado anterior.

La tabla de la verdad de una función lógica es una forma de representación de la misma, en la que

se indica el valor 1 o 0 que adopta la función para cada una de las combinaciones posibles de las

variables de las cuales depende.

A B C F

0 0 0 0

0 0 1 1

0 1 0 0

0 1 1 1

1 0 0 1

1 0 1 0

1 1 0 1

1 1 1 1

A partir de la tabla de la verdad la deducción de la función resulta sencilla.

F = a x b x c + a x b x c + a x b x c + a x b x c + a x b x c si la sacamos por unos


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F = (a +b +c) x (a +b +c) x (a +b +c) si la sacamos por ceros

9.1.4 Puertas lógicas

Las operaciones combinacionales más comunes se realizan con los bloques de funciones

básicas, conexión serie (AND), paralelo (OR), negación (NOT), etc.

Las funciones AND, OR, NAND y NOR suelen tener tres entradas y una salida.

AND

Corresponde al caso en que hay dos pulsadores (I1, I2,I3) en serie. Este circuito deja pasar

corriente cuando los tres pulsadores están apretados; el esquema eléctrico y su símbolo es que

se muestra a continuación. Al lado la tabla de la verdad y su función por unos.

Q= I1 +I2 + I3

I1 I2 I3 Q

0 0 0 0

0 0 1 0

0 1 0 0

0 1 1 0

1 0 0 0

1 0 1 0

1 1 0 0

1 1 1 1

OR

Corresponde al caso en que hay dos pulsadores (I1, I2,I3) en paralelo. Este circuito deja pasar

corriente cuando uno de los tres pulsadores están apretados; el esquema eléctrico y su símbolo

es que se muestra a continuación. Al lado la tabla de la verdad y su función por unos.

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Q= I1 +I2 + I3

I1 I2 I3 Q

0 0 0 1

0 0 1 1

0 1 0 1

0 1 1 1

1 0 0 1

1 0 1 1

1 1 0 1

1 1 1 0

NOT

Esta solo tiene una entrada y una salida y responde a la negación lógica

Q =I1

I1 Q

0 1

1 0

NAND

Es el resultado de unir una puerta AND seguida de una NOT, su salida será la salida

negada de una puerta AND.


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Q = I1 x I2 x I3 = I1 + I2 + I3

I1 I2 I3 Q

0 0 0 1

0 0 1 1

0 1 0 1

0 1 1 1

1 0 0 1

1 0 1 1

1 1 0 1

1 1 1 0

NOR

Es el resultdo de unir una puerta OR con una NOT, su salida será la salida negada de una

puerta OR.

Q = I1 + I2 + I3 = I1 x I2 x I3

I1 I2 I3 Q

0 0 0 0

0 0 1 0

0 1 0 0

0 1 1 0

1 0 0 0

1 0 1 0

1 1 0 0

1 1 1 1

OR Exclusiva (XOR)

En esta puerta, la salida será 1 cunado tenga un numero impar de 1 en sus entradas.

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Q = I1 x I2 + I1 x I2 = I1⊕ I2

I1 I2 Q

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 0

9.1.5 Simplificación de sistemas combinacionales. Tabla de Karnaugh

Los sistemas combinacionales son aquello sistemas lógicos cuya salida solo depende de los

valores de sus entradas en cada instante. La ecuación (forma canónica) de un sistema se puede

obtener directamente de la tabla de la verdad de ese sistema en función de los unos o los ceros

como hemos visto y representar esa función bien mediante el circuito de puertas lógicas o bien

mediante el diagrama eléctico de contactos. Si cogemos las funciones directamente y las

implementamos nos salen esquemas muy largos y complejos que nos hacen utilizar muchas

puertas o muchos contactos. Es conveniente realizar la simplificación de la función al máximo,

para que los programas de la automatización salgan lo más sencillo posible.

La simplificación de la función se puede realizar de varias formas. La más directa sería

aplicando las propiedades del algebra de boole que anteriormente hemos visto. A veces puede

resultar la forma más sencilla si bien al tener que operar matemáticamente puede resultar un

sistema muy complejo.

Para minimizar estas funciones se suelen emplear varios metodos, siendo el más extendido y

sencillo el método de Karnaugh.

Método de Karnaugh

El procedimiento se realiza a partir de la tabla de la verdad del sistema y es utilizado para

simplificación de funciones de hasta cinco variables. A partir de cinco se suelen utiizar otros

métodos.

Una vez hayamos obtenido la tabla de la verdad el resultado por unos o por ceros lo

trasladamos a la tabla de Karnaugh, construida de la siguiente forma dependiendo del numero de

variables del sistema.

2 variables

I1/I2 0 1

0


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1

3 variables

I1-I2

I3 00 01 11 10

0

1

4 variables

I1-I2

I3-I4 00 01 11 10

00

01

11

10

y vamos rellenando los huecos intepretando el estado de las variables 0 como desconectada y 1

como conectada. Una vez trasladados los resultados de la función como unos o ceros, pasamos a

realizar el agrupamiento de estos en grupos que sean potencia de dos 2n = 1, 2, 4, 8 y de forma

rectangular o cuadrada. Se debe tener en cuenta que los lados opuestos de las tablas a efectos de

agrupación están unidos. La función será igual a tantos sumandos (si la realizamos por unos) o

productos (si la realizamos por ceros) como numero de grupos se hayan realizado. Suponiendo

que lo hagamos por unos, cada sumando estara compuesto por el producto de las variables que

se repitan en el grupo con el mismo valor en forma normal si valen uno o en forma negada si valen

cero.

Suponiendo que lo hagamos por ceros, cada producto será formado por la suma de las

variables que se repitan con el mismo valor en forma normal si valen cer y negada si valen uno.

Ejemplo

Simplificar mediante Karnaugh la función Q= (I1+I2+I3)+ (I1+I2+I3) +(I1+I2+I3)

1º) Tabla de la verdad

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I1 I2 I3 Q

0 0 0 0

0 0 1 0

0 1 0 0

0 1 1 0

1 0 0 1

1 0 1 0

1 1 0 1

1 1 1 1

2º) Tabla de Karnaugh (por unos)

I1-I2

I3 00 01 11 10

0 1 1

1 1

3º) Q = (I2 x I3) + (I1 x I2)

4º) Lo representamos por esquema de contactos o por esquema de puertas lógicas.

9.2 Automatización eléctrica cableada. Elementos

9.2.0 Introducción

Una vez visto en el punto anterior el fundamento matemático de la automatización de un

sistema, comenzamos ahora con el estudio de a automatización mediante mando eléctrico.


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Ante el estudio de cualquier tipo de automatización de un sistema mediante mando eléctrico

podemos establecer una division en el sitema tal y como se indica en el siguiente esquema.

CONSIGNA

ORDENES

PARTE DE MANDO PARTE DE POTENCIA

SISTEMA

El conjunto de elementos donde se controlan las acciones que queremos que realice el

sistema es lo que denominamos la parte de mando. En esta parte se capta y se procesa toda la

información para que el sistema actue en un sentido o en otro. Otra parte que encontramos esta

entre la parte de mando y la de potencia. Son elementos que sirven de intercomunicadores entre

los elementos de mando y los de potencia potencia y que se encargan de transmitir las ordenes

para la activación o desactivación de los actuadores. Por último esta la parte en la que se

encuentran los actuadores que junto a los elementos que sirven de intermediación entre el mando

y la actuación forman el circuito de potencia.

9.2.1 Elementos característicos. Contactor y Relé

Los elementos característicos de un automatismo cableado son el relé que siempre lo

encontraremos en el circuito de mando o el contactor, una versión de relé pero que incorpora

como vamos a ver contactos que forman parte del circuito de potencia, y que lo pedemos

enmarcar dentro del esquema anterior entre los preaccionadores.

Aunque como se ha mencionado anteriormente los preaccionadores no forman parte explicita

del circuito de mando, que es en la parte en la que principalmente nos vamos a centrar ya que es

donde se diseña la automatización, vamos a comenzar describiendo los elementos eléctricos

principales que actuan como preaccionadores y que por su estructura los podemos encuadrar

entre la parte de mando y de potencia del sistema.

UNIDAD CENTRAL

DIALOGO HOMBRE-

MÁQUINA

SENSORES P

REA

CC

ION

AD

OR

MA

NEJ

A E

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AC

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PREACCIONADORES.- Traduce las ordenes de la unidad de control al actuador.

- Contactor.- Es un dispositivo electromagnético de control TODO/NADA

Su función en el circuito consiste en conectar y desconectar los elementos en el circuito de

potencia y, además, interviene también en la lógica del circuito de mando. Podemos diferenciar

dos tipos de contactos, los contactos principales y los auxiliares.

Los contactos principales son contactos de potencia o principales, que son capaces de

conectar, mantener y desconectar la intensidad del circuito de potencia.

Los contactos auxiliares son contactos que se utilizan en los esquemas de mando activando

receptores y otros contactos o alimentando receptores de poca potencia. Para dar una idea, la

intensidad máxima que pueden soportar está en torno a los 6 amperios.

El contactor es un interruptor gobernado por un electroimán.

Un electroimán es una pieza metálica con un conductor arrollado por el que podemos hacer

pasar una corriente eléctrica. Al electroimán se llama bobina.

Se puede ver:

A1 A1 A2 Cuando el contactor tiene 2 salidas

conectamos la que mejor nos vaya por su

situación en el cuadro eléctrico.

A2 A2 A2

Si cortamos:

1 3 5


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2 4 6

Al pasar corriente por la bobina se crea un campo magnético que atrae el hierro y los contactos

se cierran.

En referencia a los esquemas:

Los contactos principales se numeran de 1 a 6 si la corriente es trifásica y de 1 a 8 si es

tetrapolar.

Las bobinas se numeran en sus bornes si son de una bobina con las cifras A1 y A2 y si

son de dos bobinas la segunda B1 y B2.

Los contactos auxiliares las primeras cifras referencian al orden del contacto (1,2,…,n) y la

segunda 1-2 si el contacto es NC normalmente cerrado o 3-4 si el contacto es NO normalmente

abierto.

Elección de un contactor en función de las aplicaciones

La elección de un contactor es función:

- de la naturaleza y de la tensión de red,

- de la potencia instalada,

- de las características de la carga,

- de las exigencias del servicio deseado,

- a veces, de la normalización impuesta por ciertos organismos (Veritas, Lloyd, Marina

Mercante...) o por algunos usuarios.

Esto implica, a nivel del contactor, el conocimiento de diferentes criterios como:

- Tensión nominal de empleo,

- Intensidad nominal de empleo,

- Intensidad térmica,

- Naturaleza y características particulares del circuito de potencia:

- Circuito resistivo, categoría de empleo AC1

- Motor de jaula, arranque y corte a motor lanzado, categoría de empleo AC3,

- Primario de transformadores, y condensadores en los cuales los fenómenos transitorios

se producen al cierre o a la apertura del contactor.

Además:

- Las cadencias de funcionamiento elevadas, o un empleo con corte de motor en período de

arranque, categoría de empleo AC4, es indispensable tener en cuenta la robustez eléctrica o

duración de la vida de los polos del contactor. Esta duración puede ser aumentada eligiendo un

contactor de calibre superior al necesario, para asegurar un servicio menos severo.

– A veces, el ambiente, la temperatura, la altitud deben ser tomadas en consideración.

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Definiciones:

Robustez mecánica

Se define por el número medio de ciclos de maniobras en vacío, es decir sin que ninguna

intensidad circule por los polos, que el contactor es capaz de efectuar sin fallo mecánico.

Poder de corte

Es el valor eficaz de la intensidad que el contactor puede cortar en las condiciones fijadas por

las normas. este valor es tanto más pequeño cuanto más elevada es la tensión de la red.

Poder de cierre

Es el valor eficaz de la intensidad que el contactor puede establecer en las condiciones fijadas

por las normas. En la práctica, el poder de cierre es independiente de la tensión de empleo.

En corriente alterna, el poder de corte y el poder de cierre se expresan por e/ valor eficaz de la

componente simétrica de la intensidad de cortocircuito. Teniendo en cuenta la asimetría que puede

existir en un circuito, los contactos soportan pues una intensidad asimétrica de cresta de

aproximadamente dos veces superior.

Potencia nominal de empleo (se expresa en KW o en CV)

Un contactor suele ser destinado al control de un motor de potencia normalizada bajo la tensión

de empleo indicada. La intensidad de empleo correspondiente es de suponer que no difiere mucho

de la indicada por las normas para el motor de jaula con 4 polos.

Tiempo de funcionamiento (se expresa en milisegundos, ms)

– Tiempo de cierre: es el tiempo comprendido entre la aparición de la tensión en las bornas de

la bobina y la unión de los contactos principales.

– Tiempo de apertura: es el tiempo comprendido desde el momento en que se corta el circuito

de la bobina hasta la separación de los contactos principales. Para obtener el tiempo total de corte,

conviene añadir al tiempo de apertura el tiempo de extinción del arco eléctrico que depende de las

condiciones de corte.

Tensión nominal de empleo (Ue)

Valor de tensión que, combinado con una intensidad de empleo, determina el empleo del

contactor o del arrancador y al que se refieren los poderes de cierre y corte, el tipo de servicio y la

categoría de empleo. Para los circuitos trifásicos, se expresa mediante Ia tensión entre fases.

Tensión nominal de aislamiento (Ui)

La tensión nominal de aislamiento de un aparato es el valor de la tensión que caracteriza a este

aislamiento y a la que se refieren los ensayos dieléctricos, las líneas de fuga y las distancias de

aislamiento. Al no ser idénticas las prescripciones para todas las normas, el valor nominal

adoptado para cada una de ellas puede ser, a veces, distinto.

ELEMENTOS DEL CIRCUITO DE MANDO

RELÉ

Al igual que el contactor un relé se compone basicamente de una bobina, un conjunto

magnético y contactos con la diferencia de que este no tiene contactos de potencia. Es un

elemento electromagnético que se incorpora normalmente al circuito de mando y que al recibir una


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determinada excitación eléctrica actua de intermedio para alimentar o controlar un determinado

elemento eléctrico.

Su funcionamiento basicamente es el siguiente. Al recibir tensión su bobina, ésta hace bascular

el conjunto magnético, consiguiendo que los contactos cambien también de posición, los contactos

que esten en reposo abiertos pasaran a estar cerrados y los cerrados a posición de abiertos.

Lo describiremos con el dibujo.

Construcción

Bobina con núcleo (1) y devanado

(3) con lengüetas de conexión (7), un

inducido (4), un muelle de reposición (2) y

un conjunto de contactos conmutadores (5)

y lengüetas de conexión (6).

Un relé puede tener varios contactos

conmutadores que se activan

simultáneamente.

Al aplicar tensión a la bobina del relé a

través de los contactos A1 y A2 fluye

corriente eléctrica a través de los

devanados. Se forma un campo magnético que atrae el inducido contra el núcleo de la bobina.

La conexión de mando 1 queda conectada con la conexión de mando 4. Al retirar la tensión un

resorte devuelve el inducido a su posición básica.La conexión de mando 1 queda conectada con la

conexión de mando 2.

9.2.2 Tipos de relé

En la práctica, la construcción de un relé puede ser muy diferente. Su funcionamiento, sin

embargo, es básicamente igual.

En general podemos encontrar mucha tipología de relés por ejemplo:

Relés de Protección contra las sobrecargas

124A1 A2

2 3

1

5

67

4

42

1

A1

A2

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- Relés térmicos de biláminas

Los relés térmicos de biláminas son los aparatos más utilizados para proteger los motores

contra las sobrecargas débiles y prolongadas. Se pueden utilizar en corriente alterna o continua.

Sus características más habituales son:

– tripolares,

– compensados, es decir, insensibles a los cambios de la temperatura ambiente,

– sensibles a una pérdida de fase (1), por lo que evitan el funcionamiento monofásico del

motor,

– rearme automático o manual,

– graduación en “amperios motor”: visualización directa en el relé de la corriente indicada en la

placa de características del motor.

Principio de funcionamiento de los relés térmicos tripolares

Los relés térmicos tripolares poseen tres biláminas compuestas cada una por dos metales con

coeficientes de dilatación muy diferentes unidos mediante laminación y rodeadas de un bobinado

de calentamiento.

Cada bobinado de calentamiento está conectado en serie a una fase del motor. La corriente

absorbida por el motor calienta los bobinados, haciendo que las biláminas se deformen en mayor o

menor grado según la intensidad de dicha corriente. La deformación de las biláminas provoca a su

vez el movimiento giratorio de una leva o de un árbol unido al dispositivo de disparo.

Si la corriente absorbida por el receptor supera el valor de reglaje del relé, las biláminas se

deformarán lo bastante como para que la pieza a la que están unidas las partes móviles de los

contactos se libere del tope de sujeción. Este movimiento causa la apertura brusca del contacto

del relé intercalado en el circuito de la bobina del contactor y el cierre del contacto de señalización.

El rearme no será posible hasta que se enfríen las biláminas.

- Relés electromagnéticos de máxima corriente.

-

Los relés electromagnéticos de máxima corriente se utilizan para proteger las instalaciones

sometidas a picos de corriente frecuentes (por ejemplo, arranque de motores de anillos en

aparatos de elevación) contra las sobrecargas importantes en los casos en los que, a causa de

arranques demasiado frecuentes, variaciones bruscas del par o riesgos de calado, resulte

imposible utilizar relés térmicos de biláminas.

Principio de funcionamiento

Los principales elementos de los relés son:

– un circuito magnético, formado por una parte fija, una armadura móvil y una bobina,

– un mecanismo de disparo accionado a través de la armadura móvil y que actúa sobre

contactos auxiliares NC + NA.


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La corriente que se desea controlar atraviesa la bobina, conectada en serie a una de las fases

del receptor. Cuando dicha corriente rebasa el valor de reglaje, el campo magnético que genera la

bobina es suficiente para atraer la armadura móvil y cambiar el estado de los contactos.

El contacto de apertura se encuentra en el circuito de la bobina del contactor principal, por lo

que éste se abre.

Dispositivo de reglaje

El reglaje se realiza reduciendo o aumentando el ángulo de apertura de la armadura móvil, lo

que modifica el entrehierro, y por tanto, el número de amperios-vuelta necesarios para cerrar el

circuito magnético. El dispositivo de reglaje está graduado en amperios, por lo que basta con

indicar el valor de la corriente de disparo.

- Los relés temporizadores térmicos

Los relés temporizadores térmicos tienen dos funciones:

– controlar, desde que se ponen bajo tensión mediante un contacto auxiliar, que las

operaciones no duren más de lo previsto,

– temporizar las acciones de los relés midiendo la corriente o la tensión.

Se utilizan principalmente para:

– proteger la resistencia o el autotransformador de arranque de un motor contra los arranques

demasiado frecuentes, prolongados o incompletos. Permite realizar arrancadores conformes a las

normas IEC 947-4-1, NF/EN 60947-4-1, DIN

VDE 0660 T102 (idéntica a la norma EN 60947-4-1),

– retrasar las paradas de seguridad hasta el momento en el que la persistencia o la repetición

de un fenómeno resulten peligrosas (por ejemplo: descebado de una bomba, falta de presión del

aceite de una máquina, etc.).

Principio de funcionamiento

Los principales elementos de los relés son:

– una bilámina rodeada de un bobinado de calentamiento conectado en serie a una o varias

resistencias,

– una caja de material moldeado con un contacto NC y un contacto NA de retención,

– un pulsador de rearme,

– una rueda frontal para regular el tiempo de disparo.

El conjunto compuesto por el bobinado de calentamiento y la resistencia está conectado entre

los dos hilos de alimentación del circuito de control del equipo. Dentro del circuito del bobinado de

calentamiento del relé hay un contacto NA (3-4) que controla su puesta bajo tensión desde que se

inicia el arranque o el fenómeno que se debe controlar, y un contacto NC (1-2) que controla la

finalización de los mismos. Cuando arranca el motor o se inicia el fenómeno, el contacto (3-4) se

cierra. A partir de este momento, se establece el contacto (1-2) y el bobinado de calentamiento del

relé se pone bajo tensión. Durante todo el tiempo que duran el arranque o el fenómeno, el calor va

deformando progresivamente la bilámina. Pueden darse dos casos:

– la duración es inferior al tiempo determinado en el relé.

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Cuando finalizan el arranque o el fenómeno, el contacto (1-2) se abre. La tensión del bobinado

de calentamiento se interrumpe, la bilámina se enfría y el relé está preparado para controlar el

siguiente ciclo,

– la duración del arranque o del fenómeno es superior al tiempo determinado. La bilámina se

deforma de tal manera que provoca el disparo del relé. El contacto de retención (95-96) se abre y

ordena la apertura de todos los contactores esclavos. Después de solucionar el accidente, el

operario debe rearmar el relé antes de volver a poner la instalación en funcionamiento.

Relés de conmutación todo o nada

- Los relés estáticos

Son aparatos unipolares perfectamente adaptados para controlar cargas resistivas para

regulación de hornos,

aplicación que normalmente requiere una cadencia de conmutación elevada. Existen dos

versiones:

– relés síncronos: la conmutación en estado pasante y el bloqueo se realizan respectivamente

cuando la alternancia posterior a la aplicación de la señal de mando llega a cero y en el cero de

corriente,

– relés asíncronos: la conmutación en estado pasante y el bloqueo se realizan respectivamente

después de la aplicación de la señal de mando y en el cero de corriente.

Si se utilizan relés estáticos para alimentar los receptores

polifásicos, se recomienda conectar en serie los circuitos de control para que la conmutación de

todos los relés sea simultánea.

- Relés auxiliares

Los relés auxiliares son aparatos derivados directamente de los contactores de potencia, a los

que deben su tecnología. La diferencia reside principalmente en la sustitución de los polos por

contactos auxiliares con una corriente térmica convencional de 10 A. Esta identidad de diseño y

presentación con los contactores de potencia permite la creación de conjuntos de equipos

homogéneos, de fácil instalación y uso.

Los contactores auxiliares constan de cuatro contactos instantáneos NA o NC, o de dos

contactos instantáneos y dos contactos solapados NA y NC. Pueden incluir un circuito magnético

de corriente alterna o continua.

Existen las siguientes versiones:

– de retención mecánica,

– de bajo consumo.

Admiten los mismos aditivos que los contactores de los que proceden: instantáneos,

temporizados neumáticos de trabajo o reposo, temporizados electrónicos de trabajo o reposo,

módulos de antiparasitado, bloque de retención mecánica.

Todos los aditivos se montan por simple presión.

Aditivos temporizados neumáticos

Son aditivos frontales que se montan por simple presión, al igual que los aditivos instantáneos.


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Están dotados de un contacto inversor NA/NC o de dos contactos NA y NC, y de un tornillo

frontal de reglaje de la temporización.

La temporización se obtiene por corriente de aire en un surco de longitud regulable.

Relés temporizados

Son relés que se utilizan cuando se desea retardar la aplicación de la señal. Puede elegirse

entre dos tipos de temporizador:

- Temporización con demora en la conexión

En el momento del cierre del circuito magnético, los contactos basculan una vez transcurrida la

temporización, que se regula por medio del tornillo.

En el momento de la apertura vuelven automáticamente a su posición original.

con retardo a la conexión

- Temporizacióncon demora a la desconexión

En el momento del cierre del circuito magnético los contactos basculan de manera instantánea.

En el momento de la apertura vuelven a su posición original una vez transcurrida la

temporización.

con retardo a la desconexión

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- Temporización con demora a la conexión y a la desconexión

Es un relé que surge de la combinación de los dos anteriores, retardando la conexión y la

desconexión del elemento a la respuesta de la llegada o desaparición de la señal.

- Relés temporizados electrónicos

Estos aparatos compactos constan de:

– un oscilador que proporciona impulsos,

– un contador programable en forma de circuito integrado,

– una salida estática o de relé.

Es posible ajustar el contador mediante un potenciómetro situado en la parte frontal del aparato

y graduado en unidades de tiempo. Cuenta los impulsos que siguen al cierre (o la apertura) de un

contacto de control. Al alcanzar el número de impulsos, es decir, una vez transcurrida la

temporización, genera una señal de control hacia la salida.

Aparatos de salida estática

Existen dos versiones disponibles, Trabajo y Reposo, con distintas gamas de temporización.

Estos relés se conectan directamente en serie con la carga cuya puesta en tensión o retirada se

retrasa.

Aparatos de salida de relé

Existen las siguientes versiones disponibles:

– temporizados de Trabajo, de Reposo o de Trabajo y Reposo,

– de contacto de paso,

– intermitentes de arranque en fase de trabajo o de reposo,

– temporizados para arrancadores estrella-triángulo,

– multifunción que reúnen las funciones de los relés anteriores.


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Todos estos relés permiten seleccionar varios rangos de temporización mediante un

conmutador.

Ciertos modelos disponen de los siguientes controles y reglajes remotos:

– puesta en marcha del temporizador por contacto exterior,

– suspensión momentánea de la temporización por contacto exterior,

– ajuste de la temporización por potenciómetro exterior

9.2.3 Simbología y numeración eléctrica

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Numeración

- Contactos principales

La referencia de sus bornas consta de una sola cifra:

– de 1 a 6: tripolares,

– de 1 a 8: tetrapolares.

Las cifras impares se sitúan en la parte superior y la progresión se efectúa en sentido

descendente y de izquierda a derecha.

En los contactores de pequeño calibre, el cuarto polo de un contactor tetrapolar es la excepción

a esta regla: la referencia de sus bornas es igual a la del contacto auxiliar “NC”, cuyo lugar ocupa.

Por otra parte, las referencias de los polos ruptores suelen ir precedidas de la letra “R”.


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- Contactos auxiliares

Las referencias de las bornas de los contactos auxiliares constan de dos cifras.

Las cifras de las unidades, o cifras de función, indican la función del contacto auxiliar:

– 1 y 2: contacto de apertura (NC),

– 3 y 4: contacto de cierre (NO),

– 5 y 6: contacto de apertura (NC) de funcionamiento especial; por ejemplo, temporizado,

decalado, de paso, de disparo térmico,

– 7 y 8: contacto de cierre (NO) de funcionamiento especial; por ejemplo, temporizado,

decalado, de paso, de disparo en un relé de prealarma.

La cifra de las decenas indica el número de orden de cada contacto del aparato. Dicho número

es independiente de la disposición de los contactos en el esquema.

El rango 9 (y el 0, si es necesario) queda reservado para los contactos auxiliares de los relés

de protección contra sobrecargas, seguido de la función 5 y 6 o 7 y 8.

Mandos de control (bobinas)

Las referencias son alfanuméricas y la letra ocupa la primera posición:

– bobina de control de un contactor: A1 y A2,

– bobina de control con dos devanados de un contactor: A1 y A2, B1 y B2.

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9.2.4 Circuitos caracteristicos de mando eléctrico

- Encendido de una lámpara mediante Relé (si suelto P se apaga H1)

- Encendido de una lámpara con retención:

Con interruptor

+24V

PA

RO

0V

KA1

A1

A2

KA1

13

14

x1

x2

H 1

P

13

14

1 2 3 4

4

+24V

PA

RO

0V

KA1

A1

A2

KA1

13

14

x1

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P

13

14

H 1

1 2 3 4

4


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S

Relé con autoenclavamiento (autoalimentación)

Iluminación de dos lámparas independientes (incompatibles), pasando obligatoriamente por

paro.

+24V

PA

RO

0V

KA1

A1

A2

KA1

23

24

x1

x2

K1

23

24

H 1

P

13

14

1 2 3 4 5

5

+24VP

AR

O

0V

M1

K1

K1M2

K2

K2

K1 K2

33

34

1 3

1 4

2 1

2 2

a 1

a 2

1 3

1 4

1 3

1 4

1 3

1 4

2 1

2 2

a 1

a 2

3 3

3 4

h 1 h 2

K2K1

1 2 3 4 5 6 7 8

4

7

5 6

8

3

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OS

- Iluminación de dos lámparas independientes (incompatibles), sin pasar por paro.

- Necesarios dos pulsadores para encender luz azul. (AND)

+24V

PA

RO

0V

M1

K1

K1M2

K2

K2

K1 K2

33

34

1 3

1 4

2 1

2 2

a 1

a 2

1 3

1 4

1 3

1 4

1 3

1 4

2 1

2 2

a 1

a 2

3 3

3 4

h 1 h 2

K2 K1

1 2 3 4 5 6 7 8

4

7

6 6

8

4

+24V

P

1211

M1

13

14

M2

13

14

KA1

13

14

KA1

23

24

X1

X2

KA1

a1

a2 0V

H 1

1 2 3 4 5

4

5


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S

- Desde un pulsador u otro se enciende una luz (OR)

- Encendido de una lámpara 5s más tarde de ordenar su activación mediante pulsador

(Relé con demora a la conexión).

+24V

P

1211

M1

13

14

M2

13

14

K1

13

14

K1

A1

A2

K1

23

24

X1

X2

0V

H 1

1 2 3 4 5 6

5

6

+24V

P

1211

M1

13

14

KT1 5

A1

A2

K1

A1

A2

X1

X2

K1

13

14K1

23

24

KT1

17

18

0V

1 2 3 4 5 6

4

5

6

42-42

AU

TO

MA

TIS

MO

S E

LÉ

CT

RIC

OS

, N

EU

MÁ

TIC

OS

E H

IDR

ÁU

LIC

OS

Desconexión de una lámpara 5s más tarde de dar la orden de su desconexión. (Relé con

demora a la desconexión).

+24V

EM

ER

1211

M1

13

14

K1

A1

A2

X1

X2

K1

13

14

K1

23

24

KT1

17

18

0V

KT1 5

A1

A2

PARO

H 1

1 2 3 4 5 6

4

5

6

ud9 automatización eléctrica algebra logica

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