CAPITULO 4: APLICACIÓN: SIMULACIÓN DE CIRCUITOS NEUMÁTICOS
4.2.- SEGURIDADES Y CAPTACIÓN DE SEÑALES EN CIRCUITOS NEUMÁTICOS
A continuación veremos algunas de las configuraciones típicas de elementos para generar seguridades en los circuitos neumáticos. Estas son las más habituales y, por lo tanto, poseen un nivel de seguridad básico, pudiendo ser “evitadas” por el operario en un momento determinado. Después de darle muchas vueltas, he decidido crear estas solamente (con ayuda de los libros de texto, claro) ya que los sistemas de seguridad se pueden complicar tanto como se quiera (especialmente los electroneumáticos), para tener que realizar secuencias determinadas de acción en caso de generar una parada de emergencia.
También estudiaremos otros sistemas de captación y generación de señales menos habituales pero que resuelven de un modo más sencillo ciertos problemas de automatización neumática.
 
4.2.1.- Sistemas de seguridad
Veremos ahora los principales métodos para generar seguridades neumáticas [66].
1) Elección mando manual (una ejecución) o automático
Aplicación: Generar dos alternativas:

a) Alimentar desde un pulsador para iniciar un ciclo único.
b) Alimentar con una válvula monoestable (P. ej. a palanca con traba), y mantener la alimentación para generar un ciclo automático (que se repita hasta que cambiemos dicha válvula)

Esquema:
Fig. 4. 43 - Elección del modo de mando: Manual (ciclo único) o automático.
Funcionamiento: Se agregan los generadores de señal necesarios para el arranque en ciclo único (en general un pulsador 3/2, en el ejemplo válvula 1.2) y ciclo continúo o “automático” (en general una válvula 3/2 con traba o retención, en el circuito la válvula 1.6).
Recordemos que se vio en el punto 5 del apartado 4.1.3 otra forma de efectuar la conmutación manual/automático, mediante una válvula selectora 5/3.
Por último, se debe analizar que no existan conflictos de señales (Veremos este punto más adelante).
2) Paro de emergencia
Aplicación: Parar el avance de un cilindro, haciéndolo volver a su posición inicial. Se agregan los generadores de señal para lograr una “parada de emergencia”. En general un pulsador “golpe de puño” 3/2 con retención. El ingreso de las señales de “Paro de Emergencia” se realiza a través de funciones lógicas “O”.

Esquema:

Fig. 4. 44 - Paro de emergencia simple.
Fig. 4. 44 - Paro de emergencia simple.
Funcionamiento: Este circuito, que funciona en modo manual (un solo ciclo por pulsación de la válvula 1.2), se puede detener en cualquier momento presionando la válvula 1.6 de paro de emergencia, que actúa sobre 1.1 sin necesidad de llegar al final de carrera (gracias a la función lógica “O” de la válvula 1.8).
Este circuito adolece el problema de que si la válvula de accionamiento 1.2 permanece pulsada, el paro de emergencia no actúa. Para ello disponemos del montaje siguiente.
3) Paro de emergencia con eliminación de señal
Aplicación: La misma situación, pero funcionando también si la válvula 1.2 está permanentemente actuada.
Esquema:
Fig. 4. 45 - Paro de emergencia con eliminación de señal.
Funcionamiento: Al presionar 1.2, el circuito se pone en marcha. Si dejamos este presionado se actúa permanentemente sobre 1.1, con lo que el cilindro no podría retroceder, porque aunque pilotásemos dicha válvula por el otro extremo, existiría un conflicto de señales y la válvula no se movería. Al pulsar el paro de emergencia 1.6, eliminamos al tiempo la señal de pilotaje de la válvula 1.1, por medio de la 1.01NA.
Si se suelta la 1.6, estando todavía la 1.2 accionada, el cilindro se pondría de nuevo en avance. Con lo que si se dejase presionada esta última, se podría manejar el circuito solo desde 1.6 (eliminando las seguridades, a riesgo del operador).
4) Reseteo
Aplicación: Se agregan los generadores de “reset” que generan las condiciones iniciales si estas fueran distintas de las que se generan a través del “paro de emergencia” o de ser necesario activar alguna línea cuando el sistema ha estado sin alimentación en forma total. Sirve como seguridad adicional para que el sistema no funcione hasta que el operador se asegure que todo está OK.
Esquema:
Fig. 4. 46 - Circuito con elección de mando, con paro de emergencia y reseteo.
Funcionamiento: El circuito con la secuencia A+A- puede funcionar tanto en ciclo único como en ciclo automático (válvulas 1.8 y 1.6). En cualquier momento se puede accionar la emergencia (1.5) para hacer retroceder al cilindro. Para que el circuito vuelva a estar operativo se debe desactivar la emergencia y actuar sobre el pulsador de Reset. Si no se pulsa, ninguno de los mandos funcionará. Se resetean las válvulas 0.02 de alimentación al mando y 1.04 de alimentación al retroceso.
Conflicto de Señales
Ocurre un conflicto de señales cuando una válvula es pilotada por señales en sentidos contrarios, con lo que la válvula no puede reaccionar (en el ejemplo anterior, si manteniendo pulsado el paro de emergencia, pulsamos el reset existe conflicto de señales en 0.02 y 1.04).
Los conflictos de Señales pueden ser de dos tipos. Esenciales o No esenciales.
Los No esenciales son aquellos que desaparecen al iniciarse el movimiento de un actuador que puede hacerlo pues no tiene en sus pilotajes conflicto.
Los esenciales son aquellos que no desaparecen de por sí (por la secuencia) y se deben eliminar.
Dentro de las resoluciones intuitivas, la eliminación de señales provocadoras de conflictos puede realizarse:

- Con válvulas de memoria, normalmente válvulas 3/2 doble piloto neumático.
- Con fines de carrera de gatillo (dan señal en un solo sentido) que colapsan la posición de su rodillo en el sentido contrario al que dan señal.
- Con la implementación de un timer para desactivar la señal que crea el conflicto.
- Con válvulas de funcionamiento alternativo, con un accionamiento imponemos una posición, con el siguiente la posición cambia. Estas válvulas se llaman de “flip flop”.

 
4.2.2.- Sistemas de captación y conversión
1) Captadores de posición sin contacto
La tendencia de aumentar la rentabilidad de las instalaciones de producción y montaje, la seguridad para el hombre y la fiabilidad de la máquina impone cada vez nuevas exigencias a los medios de automatización. En numerosos casos, sólo es posible transmitir señales sin contacto. Al efecto se pueden emplear captadores neumáticos. Estos pueden ser de dos tipos: Detectores de paso y de proximidad. Veremos solo el segundo por ser el más utilizado.
• Detector de proximidad (detector réflex)
Más simple o insensible a toda influencia perturbadora proveniente del ambiente es el principio de detección por reflexión. El detector de proximidad trabaja según este principio. Las toberas, receptora y emisora, están reunidas y forman un solo elemento. El detector de proximidad consiste en una tobera receptora, una emisora, un estrangulador y una vaina protectora.
El empalme P, se alimenta de aire comprimido (presión de alimentación, 10-20 kPa/0,1 -0,2 bar). Esta presión sale a la atmósfera por el canal anular exterior. Por la salida del aire comprimido se produce una depresión en la tobera interior.
Fig. 4. 47 - Detector de proximidad Festo [67].
Cuando un objeto interrumpe la salida de aire delante del canal anular, se forma una sobrepresión en la tobera receptora. En la salida X aparece una señal. Un amplificador capta esta señal y la transmite amplificada. Así se pueden mandar otras válvulas. El estrangulador garantiza una transmisión Impecable de la señal. La separación entre la tobera y el objeto es, según la ejecución, de 1 a 6 mm.
En ejecuciones especiales, la separación es de 20 mm.
Las suciedades, ondas sonoras, peligros de explosión, oscuridad, objetos - transparentes o antimagnéticos no tienen ninguna influencia desfavorable sobre su funcionamiento.
Este detector se utiliza en todos los sectores de la industria, por ejemplo, en los dispositivos de control de herramientas de prensado y estampado, en mandos de centrado automático, de conteo y control de objetos, ya sea en la Industria textil o de envases, como control de cargadores y detector de partes chapadas de muebles en la Industria maderera.
Fig. 4. 48 - Esquema de funcionamiento de un detector de proximidad neumático [68].
Fig. 4. 49 - Esquema neumático de uso de un detector de proximidad.
• Características de detectores de proximidad
En los dos diagramas se representa la presión de mando en función de la separación. La figura 1 muestra la precisión de la detección axial con una presión de alimentación de p = 15 kPa (0, 15 bar). La figura 2 muestra la precisión de la detección radial también con una presión de alimentación de p = 15 kPa (0,15 bar).
Fig. 4. 50 - Características de detectores de proximidad [69].
2) Tobera y cabezal de aspiración por depresión
Esta tobera se emplea junto con la ventosa como elemento de transporte. Con ella se pueden transportar las más diversas piezas.
Su funcionamiento se basa en el principio de Venturi (depresión): La presión de alimentación se aplica a la entrada P. Por el estrechamiento de la sección, la velocidad del aire hacia R aumenta y en el empalme A, o sea, en la ventosa, se produce una depresión (efecto de succión).
Con este efecto se adhieren piezas y pueden transportarse. La superficie debe estar muy limpia, al objeto de alcanzar un buen efecto de succión.
Fig. 4. 51 - Tobera de aspiración por depresión y características [70].
Asimismo, tenemos el cabezal de aspiración por depresión, cuyo funcionamiento también se basa en el mismo principio (Venturi).
Se diferencia del elemento anterior en un depósito incorporado adicionalmente. Este depósito se llena de aire durante el proceso de succión. Al quitar la presión de la entrada, el aire de este depósito sale a través de una válvula de escape rápido, por encima de la ventosa, produciendo un golpe de presión y separando la pieza adherida a la ventosa.
Fig. 4. 52 - Cabezal de aspiración por depresión y características [71].
Estos dos elementos tienen las ventajas siguientes:

- Gran depresión
- Favorable consumo de aire
- Poco ruido

Fig. 4. 53 - Tobera de succión de vacío con tubo de aspiración controlado por válvula 3/2NC.
3) Amplificadores de presión
• Amplificador de presión de una etapa
Muchos de los elementos que hemos enseñado, tales como detectores de paso, detectores de proximidad, etc., trabajan con bajas presiones. Por lo tanto, las señales deben ser amplificadas.
El amplificador de presión es una válvula distribuidora 3/2, dotada de una membrana de gran superficie en el émbolo de mando.
Para mandos neumáticos que trabajan con baja presión y que tienen una presión de mando de 10 a 50 kPa (0,1 a 0,5 bar), se emplean amplificadores simples.
Fig. 4. 54 - Amplificador de presión de una etapa [72].
En la posición de reposo, el paso de P hacia A está cerrado. El conducto de A está en escapo hacia R. A P puede aplicarse la presión normal (de hasta 800 kPa/8 bar). Al dar una señal X, la membrana recibe directamente presión. El émbolo de mando invierte su movimiento, y abre el paso de P hacia A. Esta señal obtenida en A se emplea para accionar elementos que trabajan con presiones altas. Al desaparecer la señal X, el émbolo de mando cierra el paso de P hacia A; el conducto A se puede poner en escape a través de R. Este amplificador no necesita alimentación adicional.
Fig. 4. 55 - Ejemplo de amplificación: Cilindro 1.0 sale con 1.02 a 1.5bar, cilindro 2.0 con 1.02 a 2bar.
• Amplificador de presión de dos etapas
Este elemento se compone del amplificador anteriormente descrito y de un preamplificador. Se aplica en caso de que haya de trabajar con señales de presión de mando muy débiles.
Fig. 4. 56 - Amplificador de presión con preamplificación (dos etapas) [73].
4) Convertidor de señal neumático-eléctrico
• Presostato de conmutación y obturador asociado
Como ya sabemos, la automatización progresiva en los diferentes ramos de la industria exige una combinación de la neumática y la electricidad. Como elemento de unión entre el mando neumático y el elemento de mando eléctrico se necesita el convertidor neumático-eléctrico.
Convertidor de señal
La combinación más simple es un interruptor final de carrera eléctrico, accionado por medio de un cilindro neumático de simple efecto.
Al aplicar aire comprimido al cilindro de simple efecto, éste conmuta el interruptor final de carrera. Los dos elementos están montados en un bloque. Según la conexión, el interruptor final de carrera puede emplearse como contacto normalmente abierto, normalmente cerrado o como conmutador.
Fig. 4. 57 - Presostato de conmutación y representación esquemática [74].
La escala de presiones de esta combinación es de 60 a 1000 kPa (0,6 a 10 bar). Para baja presión existen elementos especiales (con otro bloque), qué trabajan con una presión de reacción de 10 kPa ó 0,05 kPa (0,1 6 0,0005 bar), respectivamente.
• Interruptor de presión diferencial y convertidor electroneumático
Este elemento se puede utilizar tanto como vacuómetro como presostato, pues lo que mide es la presión diferencial entre las dos tomas. Cuando esta diferencia supera un valor, se cierra un interruptor acoplado a este elemento, que actúa sobre el convertidor electroneumático en el circuito eléctrico, permitiendo el paso de corriente.
Fig. 4. 58 - Interruptor de presión diferencial y convertidor electroneumático.
Fig. 4. 59 - Ejemplo de circuito electroneumático. La parte neumática es la de control.
Los elementos se han tarado de tal forma que:
- Al tarar la válvula VR a 2.8bar, se acciona el interruptor de presión diferencial 2.0 (B), y con este el convertidor electroneumático B, encendiendo la lámpara L1.
- Al tarar esta misma válvula a 3bar, el presostato 1.0 actúa sobre el obturador A, encendiendo también la lámpara L2
5) Contador neumático
Este elemento se utiliza normalmente para contar el número de ejecuciones de un determinado sistema, pero lo que realmente cuenta son las veces que una tubería (que se conecta a la vía de entrada 12 en la figura siguiente) está bajo presión. Cuando se alcanza el número de veces tarado, cierra una conexión entre otras dos tomas (vías 1 y 2).
Fig. 4. 60 - Representación esquemática del contador neumático.
En el ejemplo siguiente se utilizará este componente para comprender mejor su funcionamiento.
 
4.2.3.- Ejemplo de circuito con elementos especiales
Vamos a realizar y simular un circuito para el control de tapas para envases de conservas de una cadena de producción. Una de las partes del proceso consiste en llevar las tapas de los envases hasta la zona de cerrado de ellos, en una posición determinada (mirando hacia arriba). Si no están en esa posición, deben sacarse de la cadena para su posterior recolocación.
Sobre una cinta se llevan las tapas. Un detector de proximidad controla las tapas y si una está mal colocada un cilindro la expulsa. Tras un número determinado de expulsiones (llenado de la caja de recepción) el sistema se bloquea (cilindro fuera y cinta transportadora parada) y es necesario resetearlo (tras cambiar/vaciar el colector de tapas desechadas).
Esquema de posición:
Fig. 4. 61 - Esquema de posición del automatismo para selección de tapas.
Esquema neumático:
Fig. 4. 62 - Control de tapas para envases con contador de actuaciones y control de cinta transportadora.
Funcionamiento: El sistema arranca por medio de la válvula 0.1, la cinta arranca (el motor neumático se acciona y la cinta se mueve por medio de una reductora). La válvula 1.1 está abierta en la posición inicial. El cilindro está retraído. El regulador 1.04 reduce la presión normal a baja presión. Cuando una de las tapas está mal colocada, la válvula 1.1 recibe una señal a través del detector de proximidad 1.06, el cilindro sale y expulsa la tapa mal posicionada.
Por otra parte, el contador cuenta el número de expulsiones y cuando llega al valor determinado, actúa sobre la válvula 1.3, accionando el cilindro hasta su posición final de carrera y parando la cinta (el motor neumático) por medio de la válvula 2.1. Para resetear el sistema hay que presionar el pulsador del contador 1.08.
 
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