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MANUAL DE PRÁCTICAS DE SISTEMAS PROGRAMABLES

PRÁCTICA No.1 SENSORES OPTICOS

Objetivos: Seleccionar y experimentar con dispositivos de detección ópticos. Material y equipo necesario:  

Multimetro digital. Sensores Opticos.



Fuente de poder.

Teoría: Los sensores ópticos están dotados de una unidad de emisión de luz. Esta luz incide sobre un receptor o es reflejada por él. Si un objeto atraviesa el haz de luz, el sensor ejecuta una operación de conmutación. Estos sensores son utilizados para detectar objetos no metálicos y además si las distancias sujetas a control de detección son grandes. Sensores de reflexión directa Sensor

Haz de luz

Objeto

Fig.1.1

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El cuerpo de este tipo de sensor (figura 1.1), contiene tanto el elemento emisor como el receptor. El emisor emite un haz de luz infrarroja modulada. El objeto detectado refleja una parte del haz con lo que es activado el receptor. La distancia de conmutación es de máximo 600mm que depende de la capacidad de reflexión de la superficie. Características:  

Salidas PNP ó NPN. Contactos normalmente abierto ó cerrado.



Circuito de autoprotección.



Forma cilíndrica ó de bloque.



Led indicador del estado de conmutación.



Distancia de operación de hasta 600mm.

Sensores de barrera

Reflector (REFLEX) Objeto

Haz de luz

Sensor

Fig.1.2

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Reflector (REFLEX) Objeto

Sensor

Fig.1.3

Estos sensores contienen un emisor y un reflector, se les conoce también como sensores tipo reflex. El emisor irradia una luz infrarroja la cual es reflejada por el reflector a una distancia máxima de 2m si no hay obstáculo entre emisor y reflector como se ilustra en la figura 1.2. Un Led facilita el ajuste del sensor. Cuando un objeto obstruye el haz de luz (figura 1.3), el sensor conmuta su salida proporcionando una señal eléctrica.

Características:  

Salidas PNP ó NPN. Contactos normalmente abierto ó cerrado.



Circuito de autoprotección.



Forma cilíndrica ó de bloque.



Led indicador del estado de conmutación.



Distancia de operación de hasta 2m.

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Sensores de barrera (emisor y receptor independientes)

Emisor

Receptor Haz de luz

Fig.1.4

Emisor

Receptor Haz de luz Objeto

Fig.1.5

El emisor irradia un haz de luz infrarrojo que llega al receptor si no hay objeto que lo interrumpa (ver figura 1.4). Si un objeto interrumpe el haz de luz como se ilustra en la figura 1.5, el sensor conmuta su salida y entrega una señal eléctrica. Características:  

Salidas PNP ó NPN. Contactos normalmente abierto ó cerrado.



Circuito de autoprotección.



Forma cilíndrica ó de bloque.



Led indicador del estado de conmutación.

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

Distancia de operación de hasta 6m.

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Desarrollo: 1. Sleccionar sensores de los diferentes tipos disponibles. 2. Obtener su hoja de caracteristicas tecnicas. Para este proposito verifique el numero de parte y el fabricante impreso en el cuerpo del sensor. Utilice internet para obtener la ficha técnica del fabricante. 3. Experimentar con un sensor de reflexión directa como se ilustra en la figura 1.1. Medir con un multimetro la acción de conmutación del sensor. Anotar sus observaciones. 4. Experimentar con un sensor de barrera como se ilustra en la figura 1.2 y 1.3. Medir con un multimetro la acción de conmutación del sensor. Anotar sus observaciones. 5. Experimentar con un sensor de barrera (emisor y receptor independientes) como se ilustra en la figura 1.4 y 1.5. Medir con un multimetro la acción de conmutación del sensor. Anotar sus observaciones 6. Anotar tus conclusiones y entregar un reporte de práctica

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PRÁCTICA No.2 SENSORES DE APROXIMACIÓN

Objetivos: Seleccionar y experimentar con dispositivos de detección de aproximación. Material y equipo necesario:  

Multimetro digital. Sensores de aproximación.



Fuente de poder.

Teoría:

Objeto

Superficie Activa

Distancia de Conmutación Detector de Proximidad

Fig.2.1

Si un objeto se aproxima a la superficie activa el detector del proximidad (ver figura 2.1), este emite dentro de la distancia de conmutación previamente definida por el fabricante una señal eléctrica.

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Sensores Inductivos

Objeto Metálico Sensor Aproximación

Campo Magnético Fig.2.1

Los sensores inductivos son emisores de señales que detectan sin contacto, aproximación de objetos metálicos y los convierte en una señal eléctrica (ver figura 2.1).

Desarrollo: 7. Sleccionar sensores de los diferentes tipos disponibles. 8. Obtener su hoja de caracteristicas tecnicas. Para este proposito verifique el numero de parte y el fabricante impreso en el cuerpo del sensor. Utilice internet para obtener la ficha técnica del fabricante. 9. Experimentar con un sensor de aproximación como se ilustra en la figura 2.1. Medir con un multimetro la acción de conmutación del sensor. Anotar sus observaciones. 10. Verificar si los sensores disponibles son del tipo inductivo o capacitivo e indica como realizaste la conclusión. 11. Anotar tus conclusiones y entregar un reporte de práctica.

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PRÁCTICA No.3 ACTUADORES ELECTRICOS [Electroválvulas]

Objetivos: Experimentar con diversos actuadores eléctricos para comprender su aplicación en aplicaciones de automatización Material y equipo necesario:  

Válvula solenoide. Compresor de aire.



Manguera o tubo de cobre.



Cable eléctrico calibre #18.



Clavija.

Teoría:

Fig.3.1

El accionador o actuador es la parte de la válvula de control con que se convierte la energía de entrada eléctrica, en movimiento mecánico para abrir o cerrar la válvula. El uso de fluidos hidráulicos en los elementos finales de control tiene muchas ventajas: 1) se pueden usar altas presiones, por encima de 3000 psi y ocasionalmente mayores; 2) el fluido, comparado con el aire es, prácticamente incompresible y, por lo tanto, es de acción más rápida y más potente; y 3) el fluido tiene propiedades autolubricantes. Las funciones hidráulicas posicionan un pistón, un accionador giratorio ING. FCO. ARMANDO PAYÁN GUERRERO

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o un motor hidráulico y así le transmiten el movimiento deseado al elemento final de control. La válvula de control más simple es probablemente la de solenoide, aunque éstas se encuentran preparadas sólo para controladores de dos posiciones. Las válvulas solenoide tipo compacto son particularmente ventajosas debido a su estructura compacta, y a pruebas de roturas que no necesita prensaestopas. Estando limitadas la presión y la temperatura, estos tipos se deben usar en los casos en que no haya estas limitaciones. Funcionamiento: La válvula solenoide consta de dos componentes básicamente: la bobina y el cuerpo de la válvula. Cuando la bobina carece de energía eléctrica, un embolo magnético obstruye el paso de fluido de la entrada a la salida de la válvula (ver figura 3.1 (a). Al energizar la bobina se crea un campo magnético en las espiras de esta lo cual provoca que el embolo magnético sea atraído hacia la parte superior de la válvula como se ilustra en la figura 3.1 (b), el embolo permanece en la parte superior atraído magnéticamente por el campo de la bobina mientras la bobina esté energizada, de esta manera se tendrá un paso de fluido de la entrada a la salida como se ilustra en la figura 3.1 (c). Desarrollo: 12. Construir el sistema de fluido de la siguiente figura. Interruptor

Válvula Solenoide

Energía Eléctrica

Ducto de Entrada Fluido

Ducto de Salida

13. Inyectar fluido (aire o agua), en ducto de entrada. 14. Mover el interruptor a la posición de cerrado. 15. Anotar tus observaciones y entregar un reporte de práctica

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PRÁCTICA No.4 ACTUADORES ELECTRICOS [Relevadores] Objetivos: Experimentar con diversos actuadores eléctricos para comprender su aplicación en aplicaciones de automatización Material y equipo necesario:  

2 Relevadores. 4 lámparas indicadoras.



Un interruptor cola de rata.



3 Pulsadores N.A.



2 Pulsadores N.C.



Cable eléctrico calibre #18.



Clavija.

Teoría:

Fig. 4.2

Fig.4.1

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El relé o relevador (del inglés "relay") es un dispositivo electromecánico, que funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de un electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes. Fue inventado por Joseph Henry en 1835. Ya que el relé es capaz de controlar un circuito de salida de mayor potencia que el de entrada, puede considerarse, en un amplio sentido, una forma de amplificador eléctrico. Como tal se emplearon en telegrafía, haciendo la función de repetidores que generaban una nueva señal con corriente procedente de pilas locales a partir de la señal débil recibida por la línea. Se les llamaba "relevadores". De ahí "relé". Los contactos de un relé pueden ser Normalmente Abiertos (NO, por sus siglas en inglés), Normalmente Cerrados (NC) o de conmutación. 





Los contactos Normalmente Abiertos conectan el circuito cuando el relé es activado; el circuito se desconecta cuando el relé está inactivo. Este tipo de contactos son ideales para aplicaciones en las que se requiere conmutar fuentes de poder de alta intensidad para dispositivos remotos. Los contactos Normalmente Cerrados desconectan el circuito cuando el relé es activado; el circuito se conecta cuando el relé está inactivo. Estos contactos se utilizan para aplicaciones en las que se requiere que el circuito permanezca cerrado hasta que el relé sea activado. Los contactos de conmutación controlan dos circuitos: un contacto Normalmente Abierto y uno Normalmente Cerrado con una terminal común.

En la Figura 4.2 se puede ver el aspecto de un relé enchufable para pequeñas potencias. En la Figura 4.1 se representa, de forma esquemática, la disposición de los elementos de un relé de un único contacto de trabajo. Se denominan contactos de trabajo aquellos que se cierran cuando la bobina del relé es alimentada y contactos de reposo a lo cerrados en ausencia de alimentación de la misma. Existen multitud de tipos distintos de relés, dependiendo del número de contactos, intensidad admisible por los mismos, tipo de corriente de accionamiento, tiempo de activación y desactivación, etc. DIAGRAMAS DE ESCALERA Antes del uso de los microprocesadores, los circuitos eléctricos han sido usados para el control automático para muchos tipos de mecanismos industriales. Estos circuitos usan relevadores electromecánicos que funcionan tomando decisiones de accionamiento, que ahora se hacen en la lógica interna del control de los microprocesadores. Esta lógica interna es similar a la lógica de escalera usada en los circuitos eléctricos de relevadores. Todos los diagramas de escalera deben de tener uno ó más interruptores de entrada. Estos son requeridos para dar inicio y continuidad a las actividades de los mecanismos que se vayan a controlar. Se pueden utilizar una variedad muy grande de interruptores y estos pueden ser clasificados por su tipo de accionamiento como ING. FCO. ARMANDO PAYÁN GUERRERO

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manuales y automáticos. Los interruptores manuales son accionados por el hombre directamente y los automáticos por alguna condición del ambiente en el que se encuentre y estos son sensores interruptores de temperatura, presión, posición, flujo de algún líquido y nivel. Estos pueden ser de tipo normalmente cerrado o normalmente abierto, por su condición o estado inicial. Existen tres tipos de mecanismos o accesorios de salida que son los más comúnmente usados. Uno de estos tipos son las lámparas o luces, otro de tipo es la alarma sonora o trompeta, y el tercer tipo y el más importante de ellas son los solenoides. Los solenoides son salidas que utilizadas en el sistema de control, activan u operan mecanismos de cierre o apertura de contactos o accionamientos. Estos pueden ser usados para operar motores eléctricos o válvulas hidráulicas o neumáticas. Un solenoide consiste básicamente en una bobina eléctrica y una barra de hierro. Cuando una corriente eléctrica pasa a través de la bobina, esta genera un campo magnético que fuerza a moverse a la barra de hierro, siendo esta el elemento mecánico de accionamiento que se desea generar para el control. La lógica de escalera con relevadores es un método de implementación de control secuencial de mecanismos por medio de relevadores de control. REGLAS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE DIAGRAMAS DE ESCALERA CON RELEVADORES: 1.- Las líneas verticales del diagrama de escalera representan la fuente de potencial del control y la tierra o negativo. La raya de la izquierda es la “Línea” y la raya de la derecha la “Tierra” usualmente el control en voltaje de corriente alterna es algo que reducido en la línea de control, así que las líneas del diagrama de escalera son puestas bajo una línea con transformador reductor de voltaje. 2.- Para construir el circuito de control, se arranca desde la parte más alta del diagrama y se trabaja hacia abajo. Los arreglos de los componentes de control entre las líneas del diagrama de escalera asemejan a peldaños de una escalera. 3.- Para extenderse lo más grande posible, se dibujan peldaños en el circuito en el mismo orden que van a ser energizados en la secuencia de control. Esto no es siempre posible, porque el tamaño de algunas secuencias esta relacionado con acciones de control anteriores que se repiten afectando el ciclo completo. 4.- Los contactos de los relevadores de control llevan la misma designación que sus bobinas de energización, por ejemplo: CR1, CR2, etc. Las bobinas de relevadores pueden ser designadas con distinto orden de escritura. 5.- Múltiples contactos pueden ser accionados por una misma bobina y la designación de estos se da mediante letras para cada par de contactos, ejemplo: CR1A, CR1B, etc. 6.- Se dibujan todos los interruptores y los contactos de los relevadores en sus estados de normalmente abierto o normalmente cerrado. A excepción de los que necesitan mostrar un estado inicial distinto al que tienen sus respectivos contactos e interruptores que se mantienen en un estado anormal hasta que se da la condición de inicio. ING. FCO. ARMANDO PAYÁN GUERRERO

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7.- Todos los interruptores pueden ser designados como normalmente abiertos “NO” o normalmente cerrados “NC” en el diagrama. El diagrama de escalera para una máquina con interruptores de posición puede venir acompañado de un diagrama pictórico separado mostrando la acción del interruptor de posición para varios actuadores controlados de la máquina. 8.- Todos los interruptores deben estar conectados a la línea de “carga” o “voltaje” (contactos de relevadores, interruptores de posición, contactos de tiempo, etc.) la línea de “tierra” del diagrama de escalera ser el retorno de la corriente para todas las cargas conectadas (solenoides, bobinas de relevadores, luces, etc. Desarrollo: 1. Construir el diagrama escalera de la figura 4.3. Línea

Neutro Interrupt or

Pulsador

Lámpara L1

B1

Lámpara L2

B1

Lámpara L3 a. Fig. 4.3

B1

Línea Neutro B1 Pulsador 2. Accionar el interrruptor del escalon 1 y verifique la acción en L1. 3. Accionar el pulsador del escalón 2 y verifique la acción en L2 y L3. 4. Construya el diagrama de enclavamiento de la figura 4.4.

B1 Lámpara L1

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5. Fig. 4.4

6. Accionar el pulsador y observar la acción en L1. 7. Construya el diagrama de desenclavamiento de la figura 4.5.

Línea

Pulsador 2

Pulsador 1

B1

Neutro

B1 Lámpara L1

B1

8. Fig. 4.5

9. Enclavar la bobina B1 del relevador accionando el pulsador 1 N.A. 10. Desenclavar la bobina B1 accionando el pulsador 2 N.C. 11.

Anotar tus observaciones y entregar un reporte de práctica

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PRÁCTICA No.5 ACTUADORES ELECTRICOS [Motores]

Objetivos: Aplicar diagramas escalera para el control de motores eléctricos. Material y equipo necesario:  

1 Relevadores. 1 Motor cc o ca.



1 Pulsadores N.A.



Cable eléctrico calibre #18.



Clavija.

Teoría: Un motor es una máquina motriz, esto es un aparato que convierte una forma cualquiera de energía, en energía mecánica de rotación o par. Ejemplos de motores son, los de gasolina y los diesel, que convierten la expansión del gas al calentarlo en par de rotación; la máquina de vapor, que transforma la expansión del vapor caliente en par de rotación; el motor eléctrico, que convierte la electricidad en fuerzas de giro por medio de la acción mutua de los campos magnéticos. Un generador, por otra parte, transforma energía mecánica de rotación en energía eléctrica y se le puede llamar una máquina generatriz de fem. Las dos formas básicas son, el generador de corriente continua y el generador de corriente alterna, este último más correctamente llamado alternador. Todos los generadores necesitan una máquina motriz (motor) de algún tipo para producir la fuerza de rotación, por medio de la cual un conductor puede cortar las líneas de fuerza magnéticas y producir una fem. La máquina más simple de los motores y generadores, es el alternador. MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA En algunos casos, tales como barcos, donde la fuente principal de energía es de cc o donde se desea un gran margen de variación de velocidad, pueden emplearse motores de c-c. Sin embargo, la mayoría de los motores modernos trabajan con fuentes de c-a. A pesar de que hay una gran variedad de motores de c-a, solamente se discutirán aquí tres tipos básicos: el universal, el síncrono y el de jaula de ardilla.

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Fig.5.1

MOTORES UNIVERSALES. El motor de c.c. serie, tal como se ha explicado, gira cuando se aplica c-c o c-a de baja frecuencia. Tal motor, llamado universal, se utiliza en ventiladores, sopladores, batidoras, taladradoras eléctricas transportables y otras aplicaciones donde se requiere gran velocidad con cargas débiles o pequeña velocidad con un par muy potente. Una dificultad de los motores universales, en lo que a radio se refiere, son las chispas del colector y las interferencias de radio que ello lleva consigo o ruido. Esto se puede reducir por medio de los condensadores de paso, de 0,001 μF a 0,01 μF, conectados de las escobillas a la carcasa del motor y conectando ésta a masa. MOTORES SÍNCRONOS. Se puede utilizar un alternador como motor en determinadas circunstancias. Si se excita el campo con c-c y se alimenta por los anillos colectores a la bobina del rotor con c-a, la máquina no arrancará. El campo alrededor de la bobina del rotor es alterno en polaridad magnética pero durante un semiperiodo del ciclo completo, intentará moverse en una dirección y durante el siguiente semiperiodo en la dirección opuesta. El resultado es que la máquina permanece parada. La máquina solamente se calentará y posiblemente se quemará. El rotor de un alternador de dos polos debe hacer una vuelta completa para producir un ciclo de c-a. Debe girar 60 veces por segundo, ó 3.600 revoluciones por minuto (rpm), para producir una c-a de 60 Hz. Si se puede girar a 3.600 rpm tal alternador por medio de algún aparato mecánico, como por ejemplo, un motor de c-c, y luego se excita el inducido con una c-a de 60 Hz, continuará girando como un motor síncrono. Su velocidad de sincronismo es 3.600 rpm. Si funciona con una c-a de 50 Hz, su velocidad de sincronismo será de 3.000 rpm. Mientras la carga no sea demasiado pesada, un motor síncrono gira a su velocidad de sincronismo y solo a esta velocidad. Si la carga llega a ser demasiado grande, el motor va disminuyendo velocidad, pierde su sincronismo y se para. Los motores síncronos de este tipo requieren toda una excitación de c-c para el campo (o rotor), así como una excitación de c-a para el rotor (o campo). Se puede fabricar un motor síncrono construyendo el rotor cilíndrico normal de un motor tipo jaula de ardilla con dos lados planos. Un ejemplo de motor síncrono es el reloj eléctrico, que debe arrancarse a mano cuando se para. En cuanto se mantiene la c-a en

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su frecuencia correcta, el reloj marca el tiempo exacto. No es importante la precisión en la amplitud de la tensión. MOTORES DE JAULA DE ARDILLA. La mayor parte de los motores, que funcionan con c-a de una sola fase, tienen el rotor de tipo jaula de ardilla. Un esquema simplificado del mismo se ve a continuación.

Fig.5.2

Los rotores de jaula de ardilla reales son mucho más compactos que el de la figura y tienen un núcleo de hierro laminado. Los conductores longitudinales de la jaula de ardilla son de cobre y van soldados a las piezas terminales de metal. Cada conductor forma una espira con el conductor opuesto conectado por las dos piezas circulares de los extremos. Cuando este rotor está entre dos polos de campo electromagnéticos que han sido magnetizados por una corriente alterna, se induce una fem en las espiras de la jaula de ardilla, una corriente muy grande las recorre y se produce un fuerte campo que contrarresta al que ha producido la corriente (ley de Lenz). Aunque el rotor pueda contrarrestar el campo de los polos estacionarios, no hay razón para que se mueva en una dirección u otra y así permanece parado. Es similar al motor síncrono el cual tampoco se arranca solo. Lo que se necesita es un campo rotatorio en lugar de un campo alterno. Cuando el campo se produce para que tenga un efecto rotatorio, el motor se llama de tipo de jaula de ardilla. Un motor de fase partida utiliza polos de campo adicionales que están alimentados por corrientes en distinta fase, lo que permite a los dos juegos de polos tener máximos de corriente y de campos magnéticos con muy poca diferencia de tiempo. Los arrollamientos de los polos de campo de fases distintas, se deberían alimentar por c-a bifásicas y producir un campo magnético rotatorio, pero cuando se trabaja con una sola fase, la segunda se consigue normalmente conectando un condensador (o resistencia) en serie con los arrollamientos de fases distintas. Con ello se puede desplazar la fase en más de 20° y producir un campo magnético máximo en el devanado desfasado que se adelanta sobre el campo magnético del devanado principal. Desplazamiento real del máximo de intensidad del campo magnético desde un polo al siguiente, atrae al rotor de jaula de ardilla con sus corrientes y campos inducidos, haciéndole girar. Esto hace que el motor se arranque por sí mismo. El devanado de fase partida puede quedar en el circuito o puede ser desconectado por medio de un conmutador centrífugo que le desconecta cuando el motor alcanza una velocidad predeterminada. Una vez que el motor arranca, funciona mejor sin el devanado de fase partida. De hecho, el rotor de un motor de inducción de fase partida

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siempre se desliza produciendo un pequeño porcentaje de reducción de la que sería la velocidad de sincronismo. Si la velocidad de sincronismo fuera 1.800 rpm, el rotor de jaula de ardilla, con una cierta carga, podría girar a 1.750 rpm. Cuanto más grande sea la carga en el motor, más se desliza el rotor. En condiciones óptimas de funcionamiento un motor de fase partida con los polos en fase desconectados, puede funcionar con un rendimiento aproximado del 75 por 100. Otro modo de producir un campo rotatorio en un motor, consiste en sombrear el campo magnético de los polos de campo. Esto se consigue haciendo una ranura en los polos de campo y colocando un anillo de cobre alrededor de una de las partes del polo, como se ve en la figura 5.3.

Fig.5.3

Mientras la corriente en la bobina de campo está en la parte creciente de la alternancia, el campo magnético aumenta e induce una fem y una corriente en el anillo de cobre. Esto produce un campo magnético alrededor del anillo que contrarresta el magnetismo en la parte del polo donde se halla él. En este momento se tiene un campo magnético máximo en la parte de polo no sombreada y un mínimo en la parte sombreada. En cuanto la corriente de campo alcanza un máximo, el campo magnético ya no varía y no se induce corriente en el anillo de cobre. Entonces se desarrolla un campo magnético máximo en todo el polo. Mientras la corriente está decreciendo en amplitud el campo disminuye y produce un campo máximo en la parte sombreada del polo. De esta forma el campo magnético máximo se desplaza de la parte no sombreada a la sombreada de los polos de campo mientras avanza el ciclo de corriente. Este movimiento del máximo de campo produce en el motor el campo rotatorio necesario para que el rotor de jaula de ardilla se arranque solo. El rendimiento de los motores de polos de inducción sombreados no es alto, varía del 30 al 50 por 100. Una de las principales ventajas de todos los motores de jaula de ardilla, particularmente en aplicaciones de radio, es la falta de colector o de anillos colectores y escobillas. Esto asegura el funcionamiento libre de interferencias cuando se utilizan tales motores.

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Desarrollo: 1. Construir el diagrama escalera de la figura 5.4. 2. Pulsar el Pulsador para arrancar el Motor. 3. Realizar los cambios necesarios para enclavar el arranque del motor. Línea

Neutro B1

Pulsador

Motor

M B1

Fig. 5.4

4. Ejercicio 1.- Construir mediante la lógica de relevadores y diagrama escalera, el control de marcha y paro de un motor trifásico. Utilice pulsadores y lámparas indicadoras para cada fase del motor. 5. Ejercicio 2,- Construir mediante la lógica de relevadores y diagrama escalera, el control de marcha y paro desde dos puntos diferentes de un motor trifásico. Utilice pulsadores y lámparas indicadoras para cada fase del motor. 6. Ejercicio 3.- Construir mediante la lógica de relevadores y diagrama escalera, el control de directa y reversa de un motor trifásico. Utilice pulsadores y lámparas indicadoras para cada fase del motor. Con enclavamiento eléctrico.

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7. Anotar tus observaciones y entregar un reporte de práctica.

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PRÁCTICA No.6 ACTUADORES NEUMATICOS

Objetivos: Conocer el funcionamiento de las electrovávulas y su aplicación en la activación de actuadores neumáticos e hidráulicos. Material y equipo necesario:  

Electroválvulas diversas (3/2 simple bobina, 5/2 simple bobina y 5/2 doble bobina). Fuente de poder.



2 Pulsadores N.A o cola de rata.



1 interruptor cola de rata.



Cable eléctrico calibre #18.



Clavija.

Teoría: ELECTROVÁLVULAS (VÁLVULAS ELECTROMAGNÉTICAS) Estas válvulas se utilizan cuando la señal proviene de un temporizador eléctrico, un final de carrera eléctrico, presostatos o mandos electrónicos. En general, se elige el accionamiento eléctrico para mandos con distancias extremamente largas y cortos tiempos de conexión. Las electroválvulas o válvulas electromagnéticas se dividen en válvulas de mando directo o indirecto. Las de mando directo solamente se utilizan para un diámetro luz pequeño, puesto que para diámetros mayores los electroimanes necesarios resultarían demasiado grandes.

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Figura 6.1 Válvula distribuidora 3/2 (de mando electromagnético)

Las válvulas de control neumático son sistemas que bloquean, liberan o desvían el flujo de aire de un sistema neumático por medio de una señal que generalmente es de tipo eléctrico, razón por la cual también son denominadas electroválvulas, ver figura 6.1. Las válvulas eléctricas se clasifican según la cantidad de puertos (entradas o salidas de aire) y la cantidad de posiciones de control que poseen. Por ejemplo, una válvula 3/2 tiene 3 orificios o puertos y permite dos posiciones diferentes.  

3 =Número de Puertos 2 = Número de Posiciones

Fig.6.2 - Símbolos de válvulas eléctricas

Fig.6.3- Rutas del fluido con una válvula de 5/2. Observe que este tipo de válvulas son aptas para cilindros de doble efecto.

En la figura 6.2 podemos apreciar la simbología utilizada para representar los diferentes tipos de válvulas eléctricas. Veamos el significado de las letras utilizadas en los esquemas, figura 6.3:

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   

P (Presión). Puerto de alimentación de aire R, S, etc. Puertos para evacuación del aire A, B, C, etc. Puertos de trabajo Z, X, Y, etc. Puertos de monitoreo y control

En la figura 6.3 aparece la ruta que sigue el aire a presión con una válvula 5/2 y un cilindro de doble efecto. La mayoría de las electroválvulas tienen un sistema de accionamiento manual con el cual se pueden activar sin necesidad de utilizar señales eléctricas. Esto se hace solamente en labores de mantenimiento, o simplemente para corroborar el buen funcionamiento de la válvula y del cilindro, así como para verificar la existencia del aire a presión. Fig.6.4 - Válvulas proporcionales. Permiten regular el caudal que pasa a través de ellas.

ELECTROVÁLVULAS DE DOBLE SOLENOIDE. Existen válvulas que poseen dos bobinas y cuyo funcionamiento es similar a los flip-flops electrónicos. Con este sistema, para que la válvula vaya de una posición a la otra basta con aplicar un pequeño pulso eléctrico a la bobina que está en la posición opuesta. Allí permanecerá sin importar que dicha bobina siga energizada y hasta que se aplique un pulso en la bobina contraria. La principal función en estos sistemas es la de "memorizar" una señal sin que el controlador esté obligado a tener permanentemente energizada la bobina. VÁLVULAS PROPORCIONALES. Este tipo de válvulas regula la presión y el caudal a través de un conducto por medio de una señal eléctrica, que puede ser de corriente o de voltaje, figura 6.4. Su principal aplicación es el control de posición y de fuerza, ya que los movimientos son proporcionales y de precisión, lo que permite un manejo más exacto del paso de fluidos, en este caso del aire.

Fig.6.5 - Control de lazo cerrado con válvulas proporcionales. Por medio de un dispositivo de procesamiento se puede ubicar un actuador en puntos muy precisos.

Por medio de una válvula proporcional podemos realizar un control de posición de lazo cerrado, figura 6.5, donde el actuador podría ser un cilindro, el sensor un sistema óptico que envía pulsos de acuerdo a la posición de dicho cilindro, y el controlador un procesador que gobierne el dispositivo en general. El número de impulsos se

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incrementa a medida que el pistón se desplaza a la derecha y disminuye cuando se mueve a la izquierda.

Fig.6.6 - Transmisión de señales por medios neumáticos. Cuando, en el sitio donde se mide la variable física, el ruido eléctrico o el peligro de explosión no permiten el uso de cableado, podemos transmitir señales por medios neumáticos para que sean convertidas al modo eléctrico en lugares distantes.

La señal enviada por el controlador hacia la válvula proporcional depende de la cantidad de pulsos, que a la vez indican la distancia que falta para alcanzar la posición deseada. Cada vez que la presión del aire, la temperatura o cualquier otro parámetro de perturbación ocasionen un cambio de posición, el controlador tendrá la capacidad de hacer pequeños ajustes para lograr la posición exacta del cilindro. Desarrollo: 1. Conectar una válvula 3/2 simple bobina aun sistema de aire como se ilustra en la siguiente figura. Electroválvula 3/2

Salida de aire

Interruptor

Compresor

Energía Eléctrica

2. Accionar el interruptor en una y otra posición y anota tus observaciones. 3. Conectar una válvula 5/2 simple bobina aun sistema de aire como se Electroválvula 5/2 ilustra en la siguiente figura. (simple bobina)

Compresor ING. FCO. ARMANDO PAYÁN GUERRERO

Salida de aire

Interruptor Energía Eléctrica PAG 25

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4. Accionar el interruptor en una y otra posición y anota tus observaciones. 5. Conectar una válvula 5/2 simple bobina aun sistema de aire como se ilustra en la siguiente figura. Pulsador 1

Pulsador 2 Salida de aire Electroválvula 5/2 (doble bobina)

Energía Eléctrica

6. Accionar alternadamente los pulsadores 1 y 2 anota tus observaciones. 7. Entregar un reporte de práctica. Compresor

PROGRAMACIÓN EN LENGUAJE DE ESCALERA Objetivos: Elaborar programas en escalera, realizar simulación de funcionamiento e implementarlo en un PLC. PRÁCTICA No.7 Instrucciones Básicas Material y equipo necesario:       

3 lámparas indicadoras. Un interruptor cola de rata. 1 Pulsadores N.A. Cable eléctrico calibre #18. Clavija Simulador de programas en lenguaje escalera. PLC.

Desarrollo: ING. FCO. ARMANDO PAYÁN GUERRERO

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1. Elaborar el programa escalera del siguiente diagrama: Línea

Neutro Lámpara L1

Interruptor

B1

Pulsador

Lámpara L2

B1 2. Fig. 7.1

Lámpara L3

3. Utilizar un simulador para comprobar el funcionamiento del programa. 4. Ejecutar el programa B1 en un PLC e implementar el sistema físico de conexiónes de entradas y salidas. 5. Realizar tus anotaciones. 6. Entegar un reporte de práctica anexando la impresión del porgrama implementado.

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PRÁCTICA No.8 Enclavamiento de Bobinas Material y equipo necesario:      

1 lámpara indicadora. 1 Pulsadores N.A. Cable eléctrico calibre #18. Clavija Simulador de programas en lenguaje escalera. PLC.

Desarrollo: 1. Elaborar el programa escalera del siguiente diagrama: Línea

Neutro Lámpara L1

Interruptor

B1

Pulsador

Lámpara L2

B1 Fig. 7.1

Lámpara L3

2. Utilizar un simulador para comprobar el funcionamiento del programa. 3. Ejecutarr el programa B1 en un PLC e implementar el sistema físico de conexiónes de entradas y salidas. 4. Realizar tus anotaciones. 5. Entegar un reporte de práctica anexando la impresión del porgrama implementado. PRÁCTICA No.9 Desenclavamiento de Bobinas Material y equipo necesario:   

1 lámpara indicadora. 1 Pulsadores N.A. 1 Pulsdor N.C.

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MANUAL DE PRÁCTICAS DE SISTEMAS PROGRAMABLES    

Cable eléctrico calibre #18. Clavija Simulador de programas en lenguaje escalera. PLC.

Desarrollo: 1. Elaborar el programa escalera del siguiente diagrama: Línea

Pulsador 2

Pulsador 1

B1

Neutro

B1 Lámpara L1

B1

Fig. 9.1

2. Utilizar un simulador para comprobar el funcionamiento del programa. 3. Ejecutar el programa en un PLC e implementar el sistema físico de conexiónes de entradas y salidas. 4. Realizar tus anotaciones. 5. Entegar un reporte de práctica anexando la impresión del porgrama implementado.

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PRÁCTICA No.10 Aplicación de Instrucciones básicas. Se requiere hacer el control de un actuador desde dos mandos ubicados en deferente lugar. Dos personas distintas pueden encender o apagar el actuador en forma independiente. 1. Elaborar el diagrama escalera. 2. Realizar el programa escalera. 3. Realizar una prueba en un simulador. 4. Implementar el sistema en un PLC. 5. Elaborar un reporte de práctica anexando el programa elaborado.

PRÁCTICA No.11 Instrucciones de Temporizadores. Se requiere hacer el control de un actuador de forma temporizada. Elabora un programa en lenguaje escalera que realice lo siguiente: 1. Cuando el botón de arranque sea pulsado arrancar un temporizador que en 10 segundos energice al actuador. 2. Una vez energizado el dispositivo de salida, inicializar otro temporizador que en 25 segundos apague el actuador de salida. 3. Realizar una prueba en un simulador. 4. Implementar el sistema en un PLC. 5. Elaborar un reporte de práctica anexando el programa elaborado.

PRÁCTICA No.12 Instrucciones de Contadores. Un sensor detecta sobre una banda de producción, los envases de plástico que llegan al final del proceso de producción. Un actuador se encuentra dispuesto al final de la línea de producción, de tal manera que cuando llegan 25 productos, debe empujar la bandeja en donde depositan. Elabora un programa en lenguaje escalera que realice lo siguiente:

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1. Programar un sistema de conteo de productos mediante el sensor e instrucciones de contador. 2. Cada 25 envases, se debe activar el actuador durante 30 segundos, ya que este es el tiempo que tarda en realizar el movimiento para sacar la bandeja. 3. Realizar una prueba en un simulador. 4. Implementar el sistema en un PLC. 5. Elaborar un reporte de práctica anexando el programa elaborado. PRÁCTICA No.13 Automatización de un proceso sencillo. Actuador 2 (Solenoide) Agua Actuador 3 (Sellar envase) Boquilla de llenado Sensor 1

Actuador 1 (Motor)

Sensor 2

Sensor 3

Empaque

Actuador 4 (Mover empaque)

Tablero de Control

ARRANQUE

PARO DE EMERGENCIA

Inicio Descripción del Proceso Encender Banda de Producción (ARRANQUE) Se activa el motor (ACTUADOR 1) ING. FCO. ARMANDO PAYÁN GUERRERO 1

Nota: En cualquier instante se puede pulsar el PARO DE EMERGENCIA, lo cual debe desactivar PAG el 31 MOTOR.

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MANUAL DE PRÁCTICAS DE SISTEMAS PROGRAMABLES 2 1

NO

¿Sensor 1 detecta envase?

SI

Desactivar el motor (ACTUADOR 1)

NO

Llenar Envase. Activar Solenoide (ACTUADOR 2)

NO

Activar el motor (ACTUADOR 1)

NO

Desactivar Solenoide (ACTUADOR 2)

NO

¿Sensor 2 detecta envase?

3

Activar Sellar Envase (ACTUADOR 3)

Activar Retirar Empaque. (ACTUADOR 4)

¿Tiempo de sellado transcurrido ? (1 seg)

NO

SI

¿Tiempo de llenado transcurrido ? (5 seg)

SI

Desactivar el motor (ACTUADOR 1)

¿Tiempo para retirar empaque transcurrido? (4 seg)

SI

Activar el motor (ACTUADOR 1)

Desactivar (ACTUADOR 4)

Desactivar (ACTUADOR 3)

FIN

¿Sensor 3 detecta envase?

SI

Contar Envases

NO

¿Se han contado 25 envases?

SI

3

SI 2

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