Instituto Tecnológico de Tijuana
Facilitador: Sotelo Orozco Arturo Practica II
“Diseño y simulación de circuitos elementales”
Medina Ibarra Heraclio 09210905
Tijuana, BC, a 20 de Septiembre del 2013.
OBJETIVO
Familiarizarse con el uso del simulador Festo FluidSim.
Comprender el funcionamiento de los componentes neumáticos.
Desarrollar lógica para los problemas propuestos.
PROBLEMA A RESOLVER En la práctica se plantearan diversos problemas a resolver, algunos de estos serán propuestos para comprender el funcionamiento de los componentes. Algunos ejercicios son para desarrollar la lógica del alumno teniendo que plantear este el circuito que hará funcionar el proceso tal y como lo indique el enunciado.
SOLUCIÓN Para resolver cada uno de los ejercicios el alumno tendrá que proponer el circuito que haga la función que se le indique. Se tendrá que aplicar el conocimiento sobre los componentes neumáticos que hacen funcionar los circuitos neumáticos.
RESULTADOS
2.1 ACCIONAMIENTO CONTINUO DE UN CILINDRO En este ejercicio se trata de produce el movimiento de vaivén del vástago de un cilindro de forma continua. Este es un caso que se presenta con mucha frecuencia en la industria, donde los dispositivos trabajan de forma ininterrumpida durante un periodo largo de tiempo.
Figura 1 Circuito neumático a simular.
Para que la introducción a la práctica se realice de forma gradual, vamos a partir en este caso del esquema neumático. En la figura 1 se observa el esquema siguiendo los criterios anteriormente expuestos. Como puede apreciarse, el distribuidos (1.1) del cilindro es una válvula 5/2, accionada neumáticamente por ambos lados. Este pilotaje se realiza mediante las microvalvulas del palpador mecánico (1.2) y (1.3), colocadas al final del avance y del retroceso del vástago. La válvula (1.4) es la que inicia el ciclo de vaivén. El componente (0.2) es el grupo final del aire. El funcionamiento del esquema es el siguiente. En reposo, el vástago del cilindro se encuentra replegado, ya que la válvula (1.1) alimenta aire a presión a la cámara de retroceso del vástago. El ciclo comienza accionando manualmente el pulsador (1.4), dejando pasar aire a través de la (1.2) que esta presionada por el vástago del cilindro. De esta forma llega la señal al accionamiento izquierdo de la válvula de distribución que controla el cilindro, produciendo su conmutación, lo que invierte la entrada/salida del aire al cilindro. Ahora el aire entra en la cámara de avance y sale por la de retroceso, haciendo salir al vástago del cilindro.
Figura 2 Accionamiento de la válvula de inicio.
Cuando regresa completamente el vástago a su posición de reposo inicial, el sensor (1.2) vuelve a ser presionado, permitiendo de nuevo el paso de aire y la conmutación de la válvula de distribución del cilindro, obligando de nuevo y automáticamente a que salga el vástago. Esta situación se dará de forma continuada ya que la válvula (1.4) se encuentra desplazada hacia la derecha desde que el operario la acciono. La forma de interrumpir el ciclo se consigue desbloqueando la válvula (1.4), que corta el flujo de aire hacia la válvula (1.2), por lo que cuando regrese el cilindro no volverá a salir.
Figura 3 retorna del vástago.
En conclusión la activación ininterrumpida del cilindro se debe a los finales de carrera ya que en cada uno de este (final e inicio) existen rodillos (simulación). Al pasar el vástago sobre estos rodillos, activan una válvula, misma que hace regresar el vástago a su posición inicial, donde también se encuentra otro rodillo, que a su vez activa otra válvula que hace salir el vástago del cilindro.
2.2: ACCIONAMIENTO DE UN ELEVADOR En este segundo caso vamos a introducir nuevas válvulas, en este caso válvulas lógicas. El enunciado es el siguiente. Se desea diseñar un circuito neumático para el control de una plataforma de elevación. La plataforma debe ascender cuando un operario presione un pedal (válvula 3/2), y debe permanecer arriba aunque el operador deje de presionarlo. La plataforma sólo descenderá cuando se presione un pulsador (válvula 3/2). Como mecanismo actuador para elevar la plataforma se usará un cilindro neumático de doble efecto controlado por una válvula 5/2 y dos válvulas 3/2, como indica la figura 2.3
Figura 4. Circuito neumático de elevador.
Funcionamiento del circuito: Las dos válvulas de 2/3 conectadas directamente a la fuente de aire comprimido se utilizan para accionar la válvula de 2/5, dependiendo de qué válvula es accionada se cambia el estado de la válvula 2/5 por lo tanto es un control indirecto. La válvula 2/5 cambia la dirección del selector donde en una dirección acciona la válvula que hace que el vástago salga y en la otra dirección se acciona la válvula que mete el vástago, a la salida de estas válvulas antes de las conexiones del cilindro se conectan válvulas estranguladoras para regular la velocidad.
En la figura 2 se activó la válvula por accionamiento de esfuerzo que hace que el vástago salga.
Figura 5. Simulación de elevador ascendiendo.
En la figura 3 la válvula de la derecha es accionada lo que hace que se regrese el vástago.
Figura 6. Simulación de elevador descendiendo.
2.3
APERTURA Y CIERRE DE UNA PUERTA (uso de válvulas temporizadoras)
En este ejercicio no se proporcionara esquema alguno al alumno, y este será el que lo proponga. El enunciado del problema es el siguiente: Se trata de producir la apertura y el cierre de una puerta de forma automática mediante energía neumática. La apertura podrá realizarse alternativamente desde el exterior del edificio o desde el interior del mismo, mediante apertura manual accionada por llave. El cierre se producirá automáticamente una vez transcurrido un determinado tiempo. Se usara un cilindro de doble efecto controlado por un distribuidor de cinco vías y dos posiciones, y una válvula temporizadora normalmente cerrada. Las velocidades de apertura y cierre deben poder regularse a voluntad.
Figura 7 Mecanismo de la puerta.
Como el problema indica que la apertura debe ser por dentro o por fuera del edificio, lo más lógico es poner dos válvulas (interior y exterior) hacia otra válvula OR que permitirá la activación por cualquiera de los dos lados. El esquema se muestra en la figura 8.
Figura 8 Diagrama para las llaves de apertura interior y exterior.
Al tratarse de un cilindro de doble efecto donde se controlara su salida y su retroceso, lo lógico es controlar el cilindro mediante una válvula de 5 vías y dos posiciones como se muestra en la figura 9. El retroceso (cierre de la puerta) de controlar mediante una válvula temporizadora que empezara a llenar el depósito de presión de aire que activa la válvula de control para el retroceso (cierre) como se indica en la figura 3.En la figura también se observa que la velocidad de apertura y de cierre se controla mediante válvulas estranguladoras que regulan el aire que entra al cilindro.
Figura 9 Control para la activación de apertura y cierre de la puerta.
El funcionamiento de la puerta se muestra en la figura 10 donde se está activando la apertura de la misma.
Figura 10 Apertura de la puerta desde el interior.
Como se puede observar en la figura 10 la válvula temporizadora ya está cargada y lista para cerrar la puerta tal y como se muestra en la figura 11.
Figura 11 Cierre de la puerta mediante una válvula temporizadora.
2.4: AUTOMATIZACIÓN DE UNA PRENSA DE EMBUTIDO (USO DE VÁLVULAS LIMITADORAS DE PRESIÓN) Se desea automatizar una prensa para embutido de chapa. Cuando el operario pulse dos botones al mismo tiempo, uno con cada mano para evitar que introduzca alguno de los brazos debajo de la prensa cuando descienda el punzón, el punzón deberá descender a una velocidad que se pueda ajustar. Una vez que el punzón ha llegado al
final de su recorrido y cuando la presión ejercida por éste sobre la chapa supere un valor determinado, también ajustable, el punzón debe ascender y regresar a su posición inicial de reposo, a la máxima velocidad posible.
Figura 12 Prensa de embutido.
Figura 13.Circuito neumático de prensa de embutido.
Funcionamiento: Las dos válvulas conectadas directamente a la fuente de aire van a una válvula de simultaneidad, cuando las dos válvulas son accionadas se cambia el estado de la válvula de 2/5 cambiando la dirección del selector para hacer que el vástago del cilindro salga, también activando un preóstato para medir la presión del cilindro donde una vez que la presión del cilindro alcance la presión determinada en el preóstato se activara una electroválvula en la válvula 2/5 que meterá el vástago a la máxima velocidad.
En la figura siguiente se accionan las dos válvulas simultáneamente que sacan el vástago y activan el preóstato.
Figura 14. Simulación de prensa de embutido descendiendo.
En la siguiente figura se muestra el cilindro en su posición inicial de reposo.
Figura 15. Simulación de prensa de embutido ascendiendo.
2.5 AUTOMATIZACION DE UNA PRENSA DE ENCOLADO Antes de pasar a trabajar con circuitos que utilizan más de un actuador, vamos a terminar esta práctica con otro circuito elemental, de forma que queden bien fijados los conceptos y opciones que has utilizado a lo largo de la práctica. Veamos el siguiente caso. Para encolar dos componentes se utiliza un cilindro de doble efecto. Una vez accionado un pulsador o un pedal, el cilindro avanza. Una vez que el vástago del cilindro ha alcanzado la posición final, debe permanecer allí hasta que la presión ejercida supere un determinado valor ajustable previamente. Después debe regresar a su posición inicial. Para iniciarse un nuevo ciclo, el cilindro debe haber permanecido retraído un mínimo de 10 segundos, de forma que el operario pueda sacar las piezas encoladas y colocar otras dos. Las velocidades de avance y retroceso deben poder ser ajustables.
Figure 16 Prensa de encolado.
Esta práctica pide que una prensa encole dos piezas hasta ejercer una presión determinada por el técnico de la máquina. La máquina comenzara a funcionar cuando el operario accione una palanca de seguridad, por lo tanto se colocara una válvula accionada por palanca sin retorno para que esta se quede abierta hasta que el operador de la maquina decida cerrarla y con eso parar el proceso.
Figura 17 Válvula de seguridad.
Esto se logra con la ayuda de un preostato que se encarga de mandar un pulso eléctrico cuando detecta la presión a la que se ajustó. Tal y como se muestra en la figura 18.
Figura 18 Configuración del preostato.
Una vez que regrese la prensa, deberá estar retraída por un mínimo de 10 segundos para dar tiempo a los operarios que retiren las piezas y coloquen otras dos. Esta parte del proceso se realizara con la ayuda de un circuito electro neumático. El presiostato mandara un pulso a un relay con desaceleración de caída el cual al terminar el tiempo de 10 segundos, mandara un pulso a un switch para cerrarlo, este switch será el que permita el pase de la corriente hacia la electroválvula. Esta electroválvula es la que se encargara de regresar el vástago a su posición inicial. El ciruito electro neumático se muestra en la figura 19.
Figure 19 circuito electro neumático.
En la figura 20 se muestra como el presiostato manda un pulso a P1 que se encarga de activar el relay con desaceleración de caída (con temporizador de 10 segundos), una vez transcurridos los 10 segundos, este relay manda un pulso a P5, mismo que hace conmutar el switch P3 y por ende se logra la activación de la electroválvula S0 (encargada de mandar el vástago a su posición inicial) como se muestra en la figura 21.
Figure 21 Circuito neumático
Figure 22 Salida del vastago.
Cuando el vástago llega a su final de carrera hace la presión necesaria para que el presiostato mande la señal al circuito temporizador como se muestra en la figura 23.
Figura 23 Activación del temporizador.
En la figura 23 se observa como el relay con desaceleración de caída comienza su cuenta regresiva, cuando este llegue a cero, se activara el flanqueador P5 mismo que le proporcionara corriente a la electroválvula S1, misma que hará salir el vástago a su posición de final de carrera como se muestra en la figura 24.
Figura 24 Vástago hacia su final de carrera.
OBSERVACIONES
Lo más importante al realizar el programa fue el tiempo de retardo que se le dio a la obtención entre cada uno de los datos, ya que si no había un retardo el programa obtenía un mismo valor para todos los datos y si el tiempo de retardo era muy pequeño el valor del puerto aun no cambiaba cuando ya se estaba capturando en un dato nuevo. Los cilindros de doble efecto son de gran utilidad para los procesos donde se requiere controlar su final de carrera y su posición inicial (principio de carrera) al igual que las electroválvulas, ya que estas hacen más sencilla la activación de válvulas mediante activación controlada eléctricamente.
RECOMENDACIONES Antes de elaborar la práctica se debe proyectar muy bien lo que indica el enunciado, de tal manera que se pueda entender que es lo que se requiere utilizar para el proceso que se desea llevar a cabo,
