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CBTIS #59 Técnico en Electrónica Manual de Prácticas de la Asignatura:

Mantiene sistemas electrónicos de uso industrial Elaboró: Ing. José Luis Roldán Ahumada

Agosto-

Diciembre 2015

Índice

Índice.................................................................................................................. 2 Introducción........................................................................................................ 3 Objetivo.............................................................................................................. 5 Justificación......................................................................................................... 5 Práctica No. 1...................................................................................................... 6 Práctica No. 2...................................................................................................... 8 Práctica No. 3.................................................................................................... 10 Práctica No. 4.................................................................................................... 12 Práctica No. 5.................................................................................................... 14 Práctica No. 6.................................................................................................... 16

Referencias....................................................................................................... 18

Introducción La automatización se define como la disciplina que trata de los métodos y procedimientos cuya finalidad es la sustitución del operador humano por un operador artificial en la ejecución de una tarea física o mental previamente programada. La estructura de un sistema automático puede clasificarse en 2 partes. La parte operativa formada por un conjunto de dispositivos, maquinas o subprocesos diseñados para realizar determinadas funciones de fabricación. La parte de control es el encargado de realizar la coordinación de las distintas operaciones encargadas a mantener la parte operativa bajo un determinado funcionamiento preestablecido de antemano en las especificaciones de diseño. Los componentes de una instalación automatizada son: Maquina: donde se realizan los procesos, los traslados, las transformaciones de los productos. 

Actuadores: Están acoplados a maquinas para realizar movimientos, calentamientos; son motores de c.c., motores de CA, cilindros neumáticos.  Actuadores eléctricos: Usan fuentes de energía eléctrica y toman diferentes formas como válvulas eléctricas, motores eléctricos de velocidad fija o variable, resistencias de calentamiento, cabezas de soldadura, cabezas de corte por laser.  Actuadores neumáticos: Usan como fuente de energía el aire comprimido obtenido por medio de un compresor, y este aire se distribuye por la fabrica a las maquinas que lo utilicen. Los actuadores neumáticos son principalmente cilindros adecuados para movimientos lineales cortos que se producen en operaciones de marcaje, ensamblaje, transferencia, apriete, etc.  Actuadores hidráulicos:

Se utilizan cuando los esfuerzos a desarrollar son muy importantes (prensas de corte) o cuando la velocidad debe ser controlada con precisión.

Aisladores: para comandar y activar los actuadores. Son contactores, variadores de velocidad, electroválvulas, etc.  Aislador eléctrico: Contactores, arrancadores y variadores de velocidad.  Aislador neumático: Son los distribuidores asociados a los cilindros. Reciben una señal neumática o eléctrica como mando.

Sensores: son elementos que informan al órgano de mando del estado del sistema o de los eventos que sucedan en el. Captan las señales necesarias para conocer el estado del proceso y decidir su desarrollo futuro. Detectan posición, presión, temperatura, caudal, velocidad, aceleración, etc.

Elementos de dialogo humano-maquina: Permiten el dialogo entre el operador y la unidad de control. Están implantados en el pupitre de la maquina: pilotos, pulsadores, teclados y visualizadores.

Elementos de mando: Elementos de cálculo y control que comandan el proceso. Suelen ser autómatas programables, o PLC.

Objetivo Debido al gran avance de la tecnología y de los sistemas electrónicos de uso industrial, el técnico en electrónica tiene ante sí la responsabilidad de resolver un sinnúmero de problemas y, para obtener la mejor solución, necesita cuantificar adecuadamente las variables involucradas en el problema. El técnico en electrónica tendrá la necesidad de implementar, mantener y diagnosticar elementos de control com actuadores, sensores, controladores e interfaces de potencia. Por lo ant3rior, el estudiante técnico necesita conocer los principios de operación de diferentes dispositivos de aplicación industrial, así como sus técnicas experimentales, con el fin comprender los problemas relacionados con el análisis, diseño y aplicación de los mismos en procesos industriales.

Justificación El propósito de este manual tiene la finalidad de servir como material didáctico de apoyo al estudiante para la comprensión de temas de la materia de “Mantiene sistemas electrónicos de uso industrial” abordando diversos ejercicios y prácticas que podrán ser desarrollados por el mismo alumno para su mejor comprensión y aprendizaje. El desarrollo de estos ejercicios permitirá al alumno ampliar sus conocimientos sobre la materia y también le dará las bases necesarias para poder desarrollar diversas aplicaciones de instrumentación y electrónica industrial.

Práctica No. 1 Nombre de la Práctica:

Sensor de obscuridad

Objetivo Educacional:

Construye e instala un sensor de obscuridad para comprobar su funcionamiento

considerando diagramas eléctricos de un sistema de iluminación, normas de seguridad e identificando los principales elementos de control.

MATERIALES Y/O EQUIPO A UTILIZAR MATERIALES Fotorresistencias, NE555, relevador,

EQUIPO Fuentes de alimentación, multimetro,

lámpara,

clavija, socket, capacitores de .1uf, 47uf, resistencias de 47k, 1k, 100k,570k,100 PROCEDIMIENTO B1

+12v

12V

L1 12V

RL1 R4

R3 570k

U1

U1(R) 4

R

LDR1 1

VCC

8

100k

12V

Q DC

2

5

R1 47k

3

R5

7

100

CV

Q1 TIP31

R2

1

TR

GND

1k 2

TH

6 NE555

C1 47uF

TORCH_LDR

Figura 1 1. Armar el circuito de la figura 1, para ello el estudiante deberá apoyarse en el manual ECG o NTE para revisar la configuración de las terminales de los circuitos integrados, transistores, y relevadores; y también apoyarse con el instructor. 2. Suministrar el voltaje de alimentación al circuito con la supervisión del instructor. 3. Ahora interrumpa luz que este incidiendo sobre la fotorresistencia y observe los resultados. 4. Desactive alimentación del circuito.

5. Identifique los elementos de control existentes en este circuito (actuador, transductor, controlador, variable manipulada, variable controlada, etc…) 6. Determina si se trata de un sistema de lazo abierto o lazo cerrado. CONCLUSIONES Y COMENTARIOS

Práctica No. 2 Nombre de la Práctica: Objetivo Educacional:

Sensor infrarrojo Construye un Sensor infrarrojo para comprobar su funcionamiento en el

ámbito laboral considerando diagramas eléctricos, normas de seguridad e identificando los principales elementos de control.

MATERIALES Y/O EQUIPO A UTILIZAR MATERIALES 1 C.I. 74LS04, 1 C.I. 74LS244, 1 Transistor TIP29C

EQUIPO Fuentes de alimentación, multimetro,

1 Led infrarrojo, 1 Fotodiodo infrarrojo, 1 Relay de 5vcd, 1 Diodo,1 Resistencia 1k ohm,1 Resistencia 220 ohms,1 Resistencia 150k ohms,1 Lampara 120vcA, 1 Clavija , regla PROCEDIMIENTO 5v 5v

5v

220

1k

150k

10k

74LS244 1

8 6 4 2

19 11 13 15 17

12 14 16 18

TIP29C L1

-120/120V

9 7 5 3

60 Hz RELAY 5VCD

Figura 1 1. Armar el circuito de la figura 1, para ello el estudiante deberá apoyarse en el manual ECG o NTE para revisar la configuración de las terminales de los circuitos integrados, transistores, y relevadores; y también apoyarse con el instructor. 2. Asegurarse de que el receptor y el emisor del sensor fotoeléctrico deben estar alineados entre sí. Tomar en cuenta indicaciones del instructor comentadas en clase. 3. Suministrar el voltaje de alimentación al circuito con la supervisión del instructor. 4. Ahora interrumpa la trayectoria de la parte emisora del sensor fotoeléctrico y observe los resultados. 5. Determine y anote la distancia máxima de detección del sensor 6. Desactive alimentación del circuito.

7. Identifique los elementos de control existentes en este circuito (actuador, transductor, controlador, variable manipulada, variable controlada, etc…) 8. Determina si se trata de un sistema de lazo abierto o lazo cerrado. CONCLUSIONES Y COMENTARIOS

Práctica No. 3 Nombre de la Práctica:

Control ON-OFF de temperatura

Objetivo Educacional:

Construye e instala un controlador ON-OFF de temperatura para comprobar

su funcionamiento considerando normas de seguridad e identificando los principales elementos de control.

MATERIALES Y/O EQUIPO A UTILIZAR MATERIALES LM358, potenciómetros de 2k, resistencias de 1k,

EQUIPO Fuentes de alimentación, multímetro, osciloscopio,

LM35, relay 5vcd, tip29, resistencia térmica, clavija termómetro PROCEDIMIENTO

U2

U2(VOUT)

3

8 5

2

LM35

R5(1)

U1:A

7

R4

3

LM358

2 U1:A(-IP)

R2

R3

1k

10k

TIP41

10k

1

1k

Q1

R5

8

6 4

VOUT

R4(2)

U1:B

18.0

R1 10k 4

1

LM358

T

RV3 8

U3:A

39%

3

Heater

1 2

OV1 OVEN 4

1k LM358

Figura 1 1. Armar el circuito de la figura 1, para ello el estudiante deberá apoyarse en el manual ECG o NTE para revisar la configuración de las terminales de los circuitos integrados, transistores, y relevadores; y también apoyarse con el instructor. 2. Suministrar el voltaje de alimentación al circuito con la supervisión del instructor. 3. Gradué el potenciómetro del voltaje de referencia RV3, hasta medir un voltaje que sea proporcional a la temperatura deseada, tomando en cuenta la sensibilidad del sensor (10mv/°c) y la ganancia del amplificador operacional U1:B. Tomar en cuenta indicaciones del instructor comentadas en clase.

4. Colocar el sensor LM35y un termómetro frente al dispositivo que se pretende controlar (resistencia térmica, plancha, parrilla, etc). 5. Medir y anotar el voltaje de salida del amplificador operacional U1:A con el multímetro. 6. Obtener en una gráfica XY, los resultados obtenidos (grados, volts U1: A). 7. Desactive alimentación del circuito. 8. Identifique los elementos de control existentes en este circuito (actuador, transductor, controlador, variable manipulada, variable controlada, etc…) 9. Determina si se trata de un sistema de lazo abierto o lazo cerrado. CONCLUSIONES Y COMENTARIOS

Práctica No. 4 Nombre de la Práctica:

Sensores Industriales

Objetivo Educacional:

Diagnostica fallas, conecta y comprueba el funcionamiento sensores

industriales para el control de procesos de acuerdo a la norma DIN IEC

MATERIALES Y/O EQUIPO A UTILIZAR MATERIALES Sensores capacitivos, fotoeléctricos, inductivos,

EQUIPO Fuentes de alimentación, multímetro

contactores, relevadores, jumpers. PROCEDIMIENTO

Figura 1 1. Con base a los sensores industriales suministrados por el instructor, determinar si el color de cables y conexiones en kits de trabajo es correcto y cumple con la norma DIN-IEC60757. 2. Realizar un listado de las fallas encontradas, y realizar la corrección de las mismas con la supervisión del instructor. 3. Conectar de manera individual los sensores de acuerdo a la figura 1. 4. Suministrar el voltaje de alimentación al circuito con la supervisión del instructor.

5. Comprobar el funcionamiento de cada uno de los sensores de manera individual según su principio de detección (metálicos, no metálicos, presencia) y comprobar los resultados 6. Desactive alimentación del circuito. 7. Realizar la conexión en serie de 2 sensores, dibujando su diagrama de conexión. 8. Conectar sensores de acuerdo al diagrama obtenido en el paso 6. 9. Suministrar el voltaje de alimentación al circuito con la supervisión del instructor. 10. Desactive alimentación del circuito. 11. Realizar la conexión en paralelo de 2 sensores, dibujando su diagrama de conexión. 12. Conectar sensores de acuerdo al diagrama obtenido en el paso 12. 13. Suministrar el voltaje de alimentación al circuito con la supervisión del instructor. 14. Desactive alimentación del circuito. CONCLUSIONES Y COMENTARIOS

Práctica No. 5 Nombre de la Práctica:

Puente H

Objetivo Educacional:

Construye un puente H para comprobar el funcionamiento de un driver de

corriente para motores considerando normas de seguridad e identificando los principales elementos de control.

MATERIALES Y/O EQUIPO A UTILIZAR MATERIALES TIP41, microswitch, resistencias 100ohms, motor de

EQUIPO Fuentes de alimentación, multímetro

CD, cable, protoboard PROCEDIMIENTO

Q2 A

R1

Q1

R3

TIP41

100

B

100 TIP41

sal2

sal1

Q4 R2 B

Q3

R4

TIP41

100

100 A TIP41

Figura 1 1. Armar el circuito de la figura 1, para ello el estudiante deberá apoyarse en el manual ECG o NTE para revisar la configuración de las terminales de los circuitos integrados, transistores y también apoyarse con el instructor. 2. Suministrar el voltaje de alimentación al circuito con la supervisión del instructor. 3. Presionar el pulsador A, y observar los resultados. 4. Medir y anotar el voltaje entre las terminales sal1 y sal2 5. Medir y anotar la I que fluye entre Sal2 y el motor.

6. Presionar el pulsador B, y observar los resultados. 7. Medir y anotar el voltaje entre las terminales sal1 y sal2 8. Medir y anotar la I que fluye entre Sal2 y el motor. 9. Desactive alimentación del circuito. 10. Armar el circuito de la figura 2, para ello el estudiante deberá apoyarse en el manual ECG o NTE para revisar la configuración de las terminales de los transistores y relevadores y también apoyarse con el instructor. +12v comun IZQ

RL2

DER +12v

RL1 NTE-R46-12

D1

D2

1N4004

1N4004

5 4 3 2 1

Q2

R1 CONN-SIL5

IZQ

R2

TIP31

100

DER

2 1

J2

NTE-R46-12

Q1

J1

100 TIP31

CONN-SIL2

Figura 2. 11. Suministrar el voltaje de alimentación al circuito con la supervisión del instructor. 12. Presionar el pulsador DER, y observar los resultados. 13. Medir y anotar el voltaje entre las terminales 1 y 2 (del conector J1) 14. Medir y anotar la I que fluye entre terminal 2 y el motor. 15. Presionar el pulsador IZQ, y observar los resultados. 16. Medir y anotar el voltaje entre las terminales 1 y 2 (del conector J1) 17. Medir y anotar la I que fluye entre terminal 2 y el motor. 18. Desactive alimentación del circuito. CONCLUSIONES Y COMENTARIOS

Práctica No. 6 Nombre de la Práctica:

PWM para motor de CD

Objetivo Educacional:

Construye un variador de frecuencia para comprobar su funcionamiento en

el control de motores de VCD considerando normas de seguridad.

MATERIALES Y/O EQUIPO A UTILIZAR NE555,

MATERIALES diodos, resistencias 100ohms,

2.2k,

EQUIPO Fuentes de alimentación, multímetro, osciloscopio

potenciometro de 1k, capacitores de 1uf, motor de CD, disco con una perforación, opto-switch, 74ls04, LED, cable, protoboard PROCEDIMIENTO +12v A B C +12

D

U1

8 R

VCC

4

Q DC

TR

1

2

Q1 TIP31

R1

7

100

2.2k

CV

GND

5

R3

3

TH

6

D1

RV1

DIODE

555

1k

R4

R5

1k

1k

U1:A

U2

R2

1

2.2k

6 5

2 4

1

OUT 2

74LS04

OUT

R6 1k

OPTOCOUPLER-NPN

D2 DIODE

D3 LED-RED

C1 1u

Figura 1 1. Armar el circuito de la figura 1, para ello el estudiante deberá apoyarse en el manual ECG o NTE para revisar la configuración de las terminales de los circuitos integrados, transistores, y también apoyarse con el instructor.

2. Sujetar un disco perforado en su superficie en el rotor del motor de CD. 3. Alinear el disco del motor, de modo que atraviese a través de la barrera del optoswitch que se muestra en la figura 2.

Figura 2. 4. Suministrar el voltaje de alimentación al circuito con la supervisión del instructor. 5. Girar el potenciómetro RV1 al mínimo y con la ayuda de un osciloscopio conectado a la salida U1:A graficar la señal obtenida. Tomar en cuenta indicaciones del instructor comentadas en clase. 6. Girar el potenciómetro RV1 al máximo y con la ayuda de un osciloscopio conectado a la salida U1:A graficar la señal obtenida. Tomar en cuenta indicaciones del instructor comentadas en clase. 7. Con base a las gráficas obtenidas, determinar la velocidad angular mínima y máxima del motor de CD. 8. Desactive alimentación del circuito. CONCLUSIONES Y COMENTARIOS

Referencias 

Electrónica Industrial moderna (2006). Maloney, Timothy J. Ed. Pearson.



Compilador C CCS y simulador Proteus para microcontroladores PIC (2008). García Breijo Eduardo. Ed. Marcombo



Instrumentación Electrónica (2001). Pérez García. Ed.Thompson



Manual de prácticas de la asignatura Mantiene sistemas electrónicos de uso industrial.



Catálogo de productos y catalogo técnico de fabricantes