manual-de-preparacin-para-olimpiadas-nacionales-de-mecatrnica

2010

Autores:
Ing. Carlos A. Mejía Sierra
Ing. Juan C. Álvarez Giraldo
Ing. Leonardo Rodríguez Ortiz

MANUAL DE PREPARACIÓN
PARA OLIMPIADAS
NACIONALES DE
MECATRÓNICA
La preparación para Olimpiadas Nacionales de Mecatrónica siempre es importante tanto para los
participantes como para los entrenadores, por esta razón se creó este documento, con algunas
experiencias, recomendaciones y sobre todo la teoría avanzada que se debe estudiar y preparar.

MANUAL DE PREPARACIÓN PARA OLIMPIADAS NACIONALES DE MECATRÓNICA
C. Mejía, J. Giraldo, L. Rodríguez

TABLA DE CONTENIDO

Pág.

ACERCA DE LOS AUTORES. ..................................................................................................... 5

INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 6

I. GUÍA DE ESTUDIOS Y REFERENCIAS ..................................................................................... 8

1. NEUMÁTICA Y ELECTRONEUMÁTICA .............................................................................. 8

1.1 Neumática .............................................................................................................. 10

1.1.1. Método Cascada ............................................................................................. 10

1.1.2. Método Paso A Paso (Extendido) ................................................................... 18

1.1.3. Método paso a paso Simplificado .................................................................. 23

1.1.4. Elementos Complementarios de Control ....................................................... 25

1.1.5. Recomendaciones........................................................................................... 33

1.2. Electroneumática ................................................................................................... 35

1.2.1. Método Cascada ............................................................................................. 36

1.2.2. Método Paso a Paso ....................................................................................... 42

1.2.3. Elementos Complementarios de Control ....................................................... 46

1.2.4. Recomendaciones........................................................................................... 50

1.2.5. Fundamentos para la Nomenclatura ISO 1219 .............................................. 53

2. CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES – PLC .................................................... 55

2.1. Temporizadores, Contadores y Multitareas. ......................................................... 56

2.1.1. Módulos de Tiempo ........................................................................................ 56

2.1.2. Modulo de Conteo .......................................................................................... 58

1


2.1.3. Multitareas ..................................................................................................... 62

2.1.4. Ejemplo de Programación .............................................................................. 63

2.2. Programación sin STEP (Banderas) ........................................................................ 65

2.3. Sub-Programas (CMP/CFM) ................................................................................... 66

2.4. Comunicación Serial............................................................................................... 72

2.5. Comunicación Ethernet ......................................................................................... 82

2.5.1. Configuración IP Del Computador .................................................................. 83

2.5.2. Configuración IP del PLC ................................................................................. 84

2.6. Fundamentos de Comunicación y Programación en Microsoft Excel ................... 87

2.6.1. Configuración De La Red Con El IPC_DATA .................................................... 89

2.6.2. Visualización de datos usando Excel: ............................................................. 91

2.6.3. Modificando Operandos Del PLC Con Excel: .................................................. 92

2.7. Sistemas Modulares de Producción – MPS ........................................................... 95

2.7.1. Distributing (Distribución) .............................................................................. 97

2.7.2. Testing (Verificación) .................................................................................... 104

2.7.3. Handling (Manipulación) .............................................................................. 111

2.7.4. Sorting (Clasificación) ................................................................................... 119

2.8. Recomendaciones ................................................................................................ 125

II. PRUEBAS TIPO COMPETENCIA ....................................................................................... 129

1. Pruebas Neumáticas. ............................................................................................... 131

1.1. Prueba Número 1. ............................................................................................ 131

1.2. Prueba Número 2. ............................................................................................ 132

1.3. Prueba Número 3. ............................................................................................ 134

2


1.4. Prueba Número 4. ............................................................................................ 136

2. Pruebas Electroneumáticas. .................................................................................... 138

2.1. Prueba Número 1. ............................................................................................ 138

2.2. Prueba Número 2. ............................................................................................ 140

2.3. Prueba Número 3. ............................................................................................ 142

2.4. Prueba Número 4. ............................................................................................ 144

2.5. Prueba Número 5. ............................................................................................ 146

2.6. Prueba Número 6. ............................................................................................ 148

3. Pruebas PLC. ............................................................................................................ 150

3.1. Prueba Numero 1. ............................................................................................ 150

3.2. Prueba Número 2. ........................................................................................... 152

3.3. Prueba Número 3 ............................................................................................ 153

3.4. Prueba Número 4. ........................................................................................... 155

3.5. Prueba Número 5. ........................................................................................... 157

3.6. Prueba Número 6. ........................................................................................... 160

III. FORMATOS DE CALIFICACIONES Y SOLUCIONES ........................................................... 163

1. Formatos De Evaluación De Las Pruebas................................................................. 164

1.1. Formatos Neumática. ....................................................................................... 164

1.1.1. Formato Prueba 1. ........................................................................................ 164

1.1.2. Formato Prueba 2. ........................................................................................ 165

1.1.3. Formato Prueba 3 ......................................................................................... 166

1.1.4. Formato Prueba 4 ......................................................................................... 167

1.2. Formatos Electroneumática ............................................................................. 168

3


1.2.1. Formato Prueba 1. ........................................................................................ 168

1.2.2. Formato Prueba 2. ........................................................................................ 169

1.2.3. Formato Prueba 3. ........................................................................................ 170

1.2.4. Formato Prueba 4 ......................................................................................... 171

1.2.5. Formato Prueba 5. ........................................................................................ 172

1.2.6. Formato Prueba 6. ........................................................................................ 173

1.3. Formatos Pruebas De PLC. ................................................................................... 174

1.3.1. Formato Prueba 1. ........................................................................................ 174

1.3.2. Formato Prueba 2. ........................................................................................ 175

1.3.3. Formato Prueba 3. ........................................................................................ 176

1.3.4. Formato Prueba 4. ........................................................................................ 177

1.3.5. Formato Prueba 5. ........................................................................................ 178

1.3.6. Formato Prueba 6. ........................................................................................ 179

2. Solución De Ejercicios. ............................................................................................. 202

2.1. Solución De Ejercicios De Neumática ............................................................... 203

2.1.1. Solución Prueba Número 4. .......................................................................... 203

2.2. Solución De Ejercicios De Electroneumática. ................................................... 204


2.3. Solución De Ejercicios De PLC. ......................................................................... 205


BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................................... 209

4


ACERCA DE LOS AUTORES.

Juan Camilo Álvarez Giraldo y Carlos Alberto Mejía Sierra, son Ingenieros Mecatrónicos
de la Universidad San Buenaventura sede Bogotá, ambos se han destacado por el buen
desempeño de sus labores académicas durante el desarrollo de los estudios de pregrado.
Participaron como representantes de esta universidad durante el desarrollo de las VIII
Olimpiadas Nacionales de mecatrónica desarrolladas en Octubre- Noviembre de 2009; allí
resultaron campeones luego de superar a diferentes equipos a nivel Regional y Nacional.

En Junio de 2010 representaron a Colombia, como país invitado, en las competencias de
mecatrónica de los Skills USA, realizadas en Kansas City. Allí midieron sus conocimientos y
habilidades con equipos representantes de diferentes estados y equipos mexicanos.

Todas estas experiencias sumadas con el largo proceso de preparación, dieron pie para
recopilar los diferentes aspectos que los llevaron hasta este punto en un manual que
sirviera como punto de partida para futuros participantes y a su vez permita elevar el nivel
de las competencias realizadas.

Carlos Alberto se dedica actualmente al desarrollo de labores de investigación al interior
de la Universidad San Buenaventura, mientras que Juan Camilo trabaja para el sector
privado en el desarrollo y mantenimiento de máquinas industriales.

Leonardo Rodríguez Ortiz, Ingeniero Mecatrónico de la Universidad Santo Tomás de
Bucaramanga, y Magíster en Administración de Empresas de la Universidad San Pablo CEU
de Madrid, España. Sus trabajos, capacitaciones e investigaciones se enfocan en gran
parte en el sector de la Automatización Industrial gracias a la experiencia de 5 años
trabajando para Festo en diferentes áreas, desde el 2008 trabaja para el sector educativo
dedicado a la enseñanza de temas como programación de PLC, tecnologías para la
automatización, sistemas de visualización, sistemas modulares de producción, entre otros.

Se desempeña como docente e Investigador de la Universidad San Buenaventura, allí ha
desarrollado proyectos relacionados con la línea de Robótica y Automatización industrial.
Acompañó, dirigió y aconsejó a los participantes de las olimpiadas, y así mismo sirvió
como guía para el desarrollo de este manual.

Leonardo Trabaja actualmente en el desarrollo del programa de Especialización en
Automatización de Procesos Industriales y así mismo potenciando nuevos trabajos
investigativos en este mismo campo. Leonardo.rodriguez.ortiz@gmail.com

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INTRODUCCIÓN

La resolución de circuitos neumáticos, electro-neumáticos y sistemas controlados por PLC
de una manera eficiente y eficaz, es una habilidad que se adquiere a través del
entrenamiento constante, soportados firmemente en la lógica desarrollada durante la
mayoría de los ciclos básicos de ingenierías en materias como algoritmos y programación,
adquisición de datos, sistemas digitales, micro controladores, entre otras. En este mismo
sentido, es de vital importancia que la persona interesada que pretenda participar en las
olimpiadas Nacionales de Mecatrónica, posea conocimientos previos en las áreas
implicadas y conozca de manera precisa, los fundamentos de la neumática y la electro-
neumática.

Siguiendo este orden de ideas, el presente documento no pretende consolidarse como
una guía de estudio para las mencionadas áreas a las que se hacen alusión, ya que para
ello, se requieren las bases teóricas adecuadas para profundizar ampliamente en diseño,
cálculo, selección, etc. Ahora bien el objetivo principal de este manual es el de brindar al
interesado una guía de la forma en que se deben abordar las competencias desde diversos
puntos críticos como son: Trabajar en contra del tiempo, competir contra equipos de
diferentes regiones, desarrollo de ejercicios con un determinado número de elementos
(restricción de elementos), el trabajo en grupo y las jornadas extenuantes.

Este documento se divide en tres grandes capítulos, de modo que inicialmente el
interesado aprenderá métodos rápidos de resolución, elementos especiales que se
involucran en los problemas, restricciones de diferente índole que se presentan en las
pruebas (restricciones de programación y restricciones de elementos disponibles),
funciones especiales de los PLC, fundamentos de comunicaciones a través de PLC,
fundamentos de la visualización en el computador, entre otros temas que se deben tener
presentes en las competencias; una segunda fase será la aplicación de lo aprendido a
través de diferentes pruebas y ejercicios a realizar, los cuales involucran todos los temas

6


vistos en la primera fase pero agregándoles una de las más grandes presiones que se
tienen: El Tiempo. Este constituye un requisito indispensable, pues las pruebas tienen
todas un límite de tiempo para ser completadas y además dan una puntuación extra
considerable cuando se es el primer grupo en finalizarlas de manera correcta, por este
motivo en la fase 2, que es la de entrenamiento, todas las pruebas tendrán límite de
tiempo.

El tercer capítulo comprenderá un pequeño instructivo para la persona que estará a cargo
del entrenamiento de los interesados, dándole recomendaciones acerca de los puntos a
evaluar, formas de calificaciones, puntuaciones básicas y extras, soluciones de los
ejercicios de la fase 2, errores comunes que se cometen, puntos claves a reforzar, y
recomendaciones generales durante la competencias.

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I. GUÍA DE ESTUDIOS Y REFERENCIAS

En el presente capitulo se abordarán los temas aplicados en las Olimpiadas, tales como
Neumática, Electroneumática, Controladores Lógicos Programables - PLC y Sistemas
Modulares de Producción – MPS; todo esto con el fin de llegar a obtener un mayor
conocimiento y eficiencia durante el desarrollo de pruebas, aquí se describirán los pasos
para desarrollar métodos de resolución de problemas, elementos adicionales de control,
entre otros ítems.

A medida que el capitulo avance, se desarrollarán ejemplos para demostrar los
procedimientos y para lograr un mejor entendimiento, también al finalizar cada tema, se
darán unas recomendaciones para el desarrollo de las pruebas en las Olimpiada tanto
para los grupos como para las personas encargadas de la preparación.

1. NEUMÁTICA Y ELECTRONEUMÁTICA

Para diseñar e implementar los circuitos neumáticos y electroneumáticos se debe tener
unas bases bien fundamentadas para poder aplicar los métodos de resolución de
problemas que se tratarán en este capítulo; para comenzar, se debe tener en cuenta que
todo circuito neumático y electroneumático están integrados por elementos que
intervienen en el proceso como lo son: Elementos de Alimentación, de Entrada, de
Procesamiento, de Maniobra, y de trabajo; por esta razón se debe tener un conocimiento
previo acerca de la simbología de dichos elementos, al igual que de la norma ISO 1219;
adicional a esto todos los circuitos deben seguir una secuencia funcional que se obtiene
del análisis del problema y se presenta como una solución que debe contener todos los
pormenores requeridos; la secuencia que deben seguir los circuitos se simbolizan
generalmente con letras y signos, para así identificar el proceso que se esté llevando a
cabo en cada paso de la secuencia y se describen en un diagrama de funciones que es
igualmente evaluado dentro de las pruebas en ciertos casos.

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Para diseñar e implementar estos circuitos existen 2 métodos sencillos de aplicar, los
cuales son, Método Cascada y Método Paso a Paso, estos métodos sirven para agilizar la
resolución de problemas ya que tienen unos pasos sencillos de seguir para llegar a un
resultado eficaz y concreto en el menor tiempo posible, pero no basta con aplicar estos
métodos ya que estos están diseñados para resolver problemas que tienen que ver solo
con la secuencia, es decir, se requiere un proceso de diseño adicional para incluir dentro
del circuito elementos tales como temporizadores, contadores, presóstatos, reguladores
de caudal y presión, válvulas selectoras entre otras; por tal razón se debe tener un previo
entrenamiento con el diseño intuitivo ya que este método aunque es el más prolongado
de realizar es el mejor para lograr resolución de problemas con los elementos
anteriormente mencionados y el que complementará los métodos que se describirán en el
presente documento. Es recomendable para la persona o grupo de personas que quieran
presentarse a las olimpiadas nacionales de mecatrónica resolver ejercicios solo basándose
en un método intuitivo para poder obtener las destrezas necesarias para aplicar los
métodos. A través del este método se genera una habilidad mental para predecir
posibles fallos y soluciones a problemas de la vida real y de tipo competencia a través de
la práctica constante. Se recomienda la utilización de la última versión del FuidSim de
Festo para complementar el proceso de preparación y para aplicar las explicaciones que se
abordarán a continuación, la herramienta permite el acceso a toda la simbología de los
elementos tanto neumáticos como electroneumáticos, simulaciones de los circuitos
diseñados, a la aplicación de diagramas de funciones, entre otras cosas. El manual de
funcionamiento del software y una versión de demostración puede descargarse de
manera gratuita en www.fluidisim.com.

En el presente capitulo se explicarán los métodos de Cascada y Paso a Paso para ambos
sistemas ayudados por ejemplos de situaciones reales, también se implementarán
elementos como temporizadores, contadores, presóstatos entre otros, que deben estar
implícitos en la secuencia para poder obtener una solución avanzada en dicha situación.

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1.1 Neumática

En este campo de las olimpiadas se pretende evaluar la solución a problemas de
automatización basados completamente en la neumática, en este campo se usan
elementos que se accionan o controlan por medio del uso del aire comprimido, por tal
razón no se tendrán ningún elemento de tipo electrónico; para resolver problemas de
índole neumática, se pueden implementar diferentes métodos como los ya mencionados,
usando válvulas neumáticas, accionamientos manuales (pulsadores, interruptores, etc.),
accionamientos físicos (finales de carrera, sensores magnéticos, etc.), accionamientos por
aire comprimido (temporizadores, contadores, etc.), entre otros elementos neumáticos.

Para solucionar los problemas basados en diseños neumáticos, se debe tener en cuenta
las formas de analizar los problemas descritos al inicio del capítulo 1, y desarrollar
habilidad suficiente para ofrecer soluciones con rapidez; en las olimpiadas, se evalúa tanto
el funcionamiento del circuito como la ubicación y sentido que tengan los elementos
neumáticos como por ejemplo el orden de conexión de las válvulas reguladoras de caudal,
así como el diseño preliminar del circuito, el diagrama de funcionamiento y simbología de
los elementos en papel (en algunas ocasiones).

1.1.1. Método Cascada

Este método se basa en la separación por grupos de la secuencia a realizar; los grupos
están compuestos por movimientos de los actuadores (las reglas para división de grupos
se explicarán más adelante). Y cada grupo es sostenido por una válvula 5/2 usada como
memoria para poder obtener 2 salidas que alimentan 2 grupos independientemente; cada
vez que conectamos una válvula 5/2 a la anterior se obtiene un grupo adicional; la
conexión de los grupos con las válvulas se representa en la Figura 1, una rápida observación
de este esquema permite deducir fácilmente el origen del nombre de este método.

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Figura 1: Configuración para grupos en Método Cascada. a) 2 Grupos, b) 3 Grupos.

Se pueden lograr configuraciones y conexiones similares para este método, se sugiere al
lector experimentar diferentes formas y “casarse” con la que le resulte más conveniente,
de esta manera podrá afrontar montajes o configuraciones de manera rápida y sencilla.

El número de válvulas necesarias para implementar una solución resulta siempre igual al
número de grupos menos 1. Para diseñar un circuito neumático basados en el método
cascada, se deben seguir las siguientes instrucciones:

1. Analizar el problema y establecer el número de actuadores referenciándolos con
letras a cada uno, es decir, para el primer actuador se referenciaría con la letra ‘A’,
para el segundo con la letra ‘B’, y así sucesivamente y a su vez identificar los sensores;
para estos se usa la letra ‘S’, y para diferenciarlos, se enumeran de manera
consecutiva, ‘S0’ para el primer sensor, ‘S1’ para el segundo y así sucesivamente. Por
ejemplo para un circuito neumático que contiene 2 cilindros y 4 sensores (Figura 2) se
obtiene el siguiente esquema:

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Figura 2: Actuadores y Válvulas de Control Neumático.

2. Determinar la secuencia correcta a diseñar teniendo en cuenta que para el
desplazamiento hacia afuera de los actuadores se simboliza con el signo más (+), y
para el retorno de los actuadores se simboliza con el signo menos (-) como se muestra
en la Figura 3. Por ejemplo, suponiendo una secuencia para el caso anterior:

A+ B+ B- A-

Figura 3: Símbolos usados para diseño de circuitos.

3. Dividir la secuencia en grupos teniendo en cuenta que: un grupo no puede contener
más de un movimiento del mismo actuador (p.e. no se puede tener A+ y A- en el
mismo grupo) y además, cada grupo debe contener la mayor cantidad de
movimientos de actuadores posible. Para el caso del ejemplo anterior se tendrían 2
grupos.

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4. Identificar cuáles son los sensores que hacen los cambios de grupos y al mismo
tiempo generan el primer movimiento del grupo simbolizado con una flecha por
debajo con la referencia del sensor correspondiente, y también identificar que
sensores generan los movimientos internos del grupo simbolizados con una flecha por
arriba con la referencia del sensor adecuado. Así:

Nótese en la ecuación que, las señales de cambio de grupo S0 y S3 están debidamente
identificadas con líneas en la parte inferior, mientras que las señales que producen
movimientos en los grupos S1 , S2 y START están identificadas con líneas en la parte
superior de la misma.

5. Establecer el número de válvulas de memoria (5/2) que se necesitan para generar los
grupos obtenidos con la siguiente fórmula:

En donde: es el número de válvulas y es el número de grupos; teniendo que
para este caso se tendrá una sola válvula de memoria y su configuración se muestra
en Figura 1¡Error! No se encuentra el origen de la referencia..a.

6. Ya teniendo el numero de válvulas de memoria y los cambios de movimiento se
procede a crear el esquema general de funcionamiento del circuito teniendo en
cuenta las siguientes condiciones:

 Las válvulas de control se deben alimentar directamente de la red como se
muestra en la parte central de la Figura 2.

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 Los cambios de grupo son generados usando la señal del final de carrera o válvula
de entrada correspondiente, tomando la alimentación desde la línea del grupo
inmediatamente anterior.

Figura 4: Esquema de conexión para cambios de grupos.

 La señal de pilotaje para el primer movimiento de los grupos se toma directamente
de la línea de grupo. Los movimientos subsecuentes del grupo se realizan desde la
línea correspondiente y pasando por la señal de entrada previamente identificada
En el caso de este ejemplo, para el primer movimiento se utilizará un pulsador
“START” alimentado del primer grupo.

Figura 5: Primer movimiento de grupos

 Y por último se conectan los movimientos internos de cada grupo con los finales de
carrera alimentados por la línea correspondiente al grupo del movimiento.

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Figura 6: Esquema Completo de un Circuito Neumático

Siguiendo estos pasos y condiciones se debe llegar a obtener un diseño preliminar de la
secuencia principal que debe cumplir el circuito y queda listo para el acople de elementos
de control como lo son: válvulas selectoras, temporizadores, contadores, presóstatos
entre otros (siempre y cuando el ejercicio lo demande).

Ejemplo 1:

Se supone un problema donde se necesitan tres (3) cilindros con seis (6) sensores finales
de carrera y que los cilindros cumplan la siguiente secuencia: A+ B+ B- C+ C- A-

 No de Cilindros = 3 (A, B, C)

 No de Sensores = 6 (S0, S1, S2, S3, S4, S5)

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Figura 7: Actuadores y Válvulas de Control, Ejemplo 1

 Grupos = 3

A+ B+ / B- C+ / C- A-
I II III

 Cambios de Grupo y Movimientos =

 Numero de Válvulas de Memoria = 2 (Figura 1.b)

 Señales de cambios de Grupo =

Figura 8: Señales de Cambio de Grupo, Ejemplo 1

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 Pilotaje del primer movimiento de los grupos =

Figura 9: Señal del Primer Movimiento de Los Grupos

 Movimientos Secundarios en los Grupos =

Figura 10: Configuración Secuencia Principal, Ejemplo 1

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Ya teniendo la secuencia principal completa, se debe proceder a acoplar en los puntos
específicos los elementos de control que puedan existir en el proceso.

Nota: Se recuerda al lector que existe una amplia teoría respecto a este método para
resolución de problemas neumáticos, y que esta particular manera de representar las
ecuaciones, movimientos y designación de elementos han surgido de la experiencia y
debe considerarse como parte del proceso de preparación de las olimpiadas. Este método
acá explicado está pensado para ofrecer soluciones en el menor tiempo posible y la
explicación no incluye la nomenclatura de elementos de acuerdo a norma ISO 1219.

1.1.2. Método Paso A Paso (Extendido)

Este método consiste en obtener tantos grupos como movimientos se tenga dentro de
una secuencia, este método ofrece un menor tiempo de respuesta ya que los
movimientos son generados por una válvula 3/2 de memoria alimentada directamente de
la red; pero tiene la desventaja de usar mas válvulas de memoria en comparación al
método cascada y no se puede usar cuando se tengan solo dos movimiento ya que cada
salida debe borrar la anterior y se bloquearían.

Para este método se usaran válvulas 3/2 biestables normalmente cerradas como memoria
para los pasos alimentadas directamente de la red como se había mencionado
anteriormente; una válvula de memoria por cada paso como se muestra en la Figura 11, si
por alguna razón no se disponen de esa cantidad de válvulas de tipo 3/2, puede utilizarse
una válvual de tipo 5/2 bloqueando uno de sus terminales (bloquear el terminal 2 para
obtener una válvula 3/2 normalmente Abierta, y el terminal 4 para obtener una válvula
3/2 normalmente cerrada)

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Figura 11: Configuración para pasos de Método Paso a Paso.

Teniendo lo anterior en cuenta, procedemos a diseñar el circuito siguiendo las
instrucciones descritas a continuación.

1. Analizar el problema e identificar el numero de actuadores con su respectiva
simbología como se describió en el método cascada, e identificar los sensores
igualmente con su respectiva simbología; suponiendo el ejemplo descrito en el
método cascada, con dos cilindros y cuatro sensores, se obtiene el mismo esquema
de la Figura 2.

2. Se deduce la secuencia adecuada a diseñar como se hizo en el segundo paso del
método cascada.

3. Dividir la secuencia en tantos pasos como movimientos tenga el proceso e identificar
que sensor acciona el paso dependiendo del último movimiento y con esto se puede
saber el número de válvulas de memoria que es igual al número de pasos; para el
ejemplo del método cascada, se simbolizaría así:

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4. Ya teniendo el numero de válvulas de memoria y los cambios de movimiento se
procede a crear el esquema general de funcionamiento del circuito teniendo en
cuenta las siguientes condiciones:

 Las válvulas de control se deben alimentar directamente de la red como se
muestra en la Figura 2.

 Los pasos son activados usando la señal del final de carrera o válvula de entrada
correspondiente, y son alimentados directamente de la red, pero los finales de
carrera deben alimentarse de la línea del paso anterior y la válvula de memoria del
último paso debe estar normalmente abierta; el pulsador de “START”, debe
conectarse en serie con el final de carrera del primer paso.

Figura 12: Esquema de conexión para cambios de Pasos

 Ya teniendo la señal de pilotaje de cada paso, se procede a conectar a cada paso el
movimiento correspondiente generado por la válvula de control de cada cilindro.

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Figura 13: Esquema Completo de Circuito Neumático, Método Paso a Paso

Siguiendo estos pasos y condiciones se debe llegar a obtener un diseño preliminar de la
secuencia principal que debe cumplir el circuito y queda listo para acoplarle elementos de
control como lo son: válvulas selectoras, temporizadores, contadores, presóstatos entre
otros.

Ejemplo 2:

Aplicando el Método Paso a Paso a las condiciones del Ejemplo 1, se tendría:



La configuración de los cilindros, válvulas de control y sensores se puede observar en
la Figura 7.

 Pasos = 6, Cambios de Pasos y Movimientos =

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 Numero de Válvulas de Memoria = 6

Figura 14: Esquema de conexión para cambio de Pasos, Ejemplo 2

 Señales de cambios de Pasos =

Figura 15: Señales de Cambio de Pasos, Ejemplo 2

 Conexión de Válvulas de Control dependiendo de los pasos:

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Figura 16: Configuración Secuencia Principal, Ejemplo 2


1.1.3. Método paso a paso Simplificado

Existe una posibilidad para la simplificación del método paso a paso recientemente
explicado, y consiste en la combinación de la separación por grupos del método cascada
con el circuito de control del método paso a paso, entonces la solución se reduciría a
dividir en grupos y considerar cada grupo como un “paso” de la secuencia total. Para
lograr una mayor comprensión considérese el siguiente ejemplo.

Ejemplo 3:

Aplicando el Método Paso a Paso a las condiciones del Ejemplo 1, se tendría:



La configuración de los cilindros, válvulas de control y sensores se puede observar en la
Figura 7.


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 Numero de Válvulas de Memoria = 3 (Figura 11)

 Señales de cambios de Pasos =

Figura 17: Señales de Cambio de Pasos, Ejemplo 3.

 Pilotaje del primer movimiento de los grupos =

Figura 18: Señal del Primer Movimiento de los Grupos, Ejemplo 3.

 Movimientos Secundarios en los Grupos =

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Figura 19: Configuración Secuencia Principal, Ejemplo 3.


Nota: Se recuerda al lector que existe una amplia teoría respecto a este método para
resolución de problemas neumáticos, y que esta particular manera de representar las
ecuaciones, movimientos y designación de elementos han surgido de la experiencia y
debe considerarse como parte del proceso de preparación de las olimpiadas. Este método
acá explicado está pensado para ofrecer soluciones en el menor tiempo posible y la
explicación no incluye la nomenclatura de elementos de acuerdo a norma ISO 1219.

1.1.4. Elementos Complementarios de Control

Los elementos de control, son aquellos que sirven para realizar tareas adicionales
importantes dentro de la secuencia, como por ejemplo contar ciclos, retrasar o activar
durante cierto tiempo un actuador, seleccionar entre un camino u otro para decidir un

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ciclo, entre otras cosas; normalmente estos elementos ocasionan confusiones a la hora de
usarlos, pues en muchos casos se requiere de lógica e intuición para usarlos de manera
eficiente, por esta razón se deben estudiar estos tipos de elementos más a fondo ya que
son el complemento que necesitan las secuencias para generar un proceso completo para
las pruebas; los elementos de control que se explicarán aquí serán: Reguladores de
Caudal, Válvula Reguladora De Presión, válvulas de secuencia, Temporizadores y
Contadores.

 Reguladores de Caudal

Son elementos que sirven para regular la velocidad de movimiento de los actuadores para
hacer que el actuador se mueva más lento de lo normal para poder obtener un control
más prolongado de este; se utilizan siempre para regular la salida de aire de un actuador
(salvo casos en donde la prueba indique lo contrario); están compuestos por una válvula
unidireccional y una válvula estranguladora de caudal para obtener la regulación en una
sola dirección como se muestra en la Figura 20.

Figura 20: Válvula Reguladora de Caudal.

La dirección de estrangulación de la válvula según la Figura 20 es de izquierda a derecha, ya
que la válvula unidireccional no deja pasar el aire, la única opción que queda es a través
de la válvula de estrangulación; pero si se alimenta inversamente, la válvula unidireccional
dejará pasar el aire y no se realizará regulación alguna; si se toma el ejemplo que se
desarrolló durante la explicación del método cascada, y se supone que se necesita regular
la salida de ‘A’ y el retorno de ‘B’, se obtendrá el esquema mostrado en la Figura 21.

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Figura 21: Ejemplo con Reguladores de Caudal.

Nota: Fíjese que se han dispuesto ambas válvulas para que regulen en aire que sale de los
actuadores esto asegura un movimiento lento mientras la presión se mantiene. En
FluidSim la válvula se debe girar 270° después de agregarla para que quede configurada
correctamente.

 Válvula Reguladora de Presión

La válvula reguladora de presión, como su nombre lo dice es un elemento que regula la
presión de alimentación de los actuadores cuando requiera que no superen una presión
nominal, estas válvulas normalmente están acompañadas de un manómetro que indica la
presión de salida de las válvulas como se indica en la Figura 22. Para la correcta conexión se
debe conectar la alimentación de la válvula al pin 1, el pin 3 siempre es el escape de la
válvula para liberar la presión que excede la regulación, y el pin 2 es el pin de salida de la
válvula hacia el actuador.

27


Figura 22: Válvula de Regulación de Presión.

Si se toma el ejemplo que se desarrolló durante la explicación del método cascada, y se
supone que se necesita regular la salida del cilindro ‘B’ para evitar que supere cierta
presión para no romper alguna pieza del proceso, se obtendría el esquema mostrado en la
Figura 23.

Figura 23: Ejemplo con Regulador de Presión

Nota: Para regular adecuadamente la presión de trabajo de estos elementos durante las
pruebas de montaje, se sugiere conectar el elemento directamente a la alimentación de
presión, y abrir o cerrar completamente la perilla de regulación hasta alcanzar el valor de
paso deseado, posteriormente puede integrarse apropiadamente al resto del circuito.

28


 Válvula de Secuencia

Las válvulas de secuencia son un tipo especial de válvulas de presión que permiten realizar
una medición de presión en un punto específico del circuito (generalmente en la
alimentación de los actuadores), para permitir o impedir el paso de aire en otro punto
específico del circuito.

Figura 24: Válvula de Secuencia (Válvula con Presóstato)

Para la correcta conexión, deberá conectarse el terminal 12 en el punto en el que se desea
realizar la medición de presión, y a través de las terminales 1 y 2 se debe interrumpir el
ducto del circuito que se requiera, así por ejemplo, si se requiere que un cilindro retroceda
sólo después de que ha llegado hasta el fin de su recorrido y ha cumplido don una presión
específica durante su avance, se puede plantear la siguiente solución:

Figura 25: Circuito de ejemplo Válvula de Secuencia.

29


Nota: Para regular adecuadamente la presión de trabajo de estos elementos durante las
pruebas de montaje, se sugiere conectar el elemento directamente a la alimentación de
presión, luego cerrar completamente el regulador de la válvula de secuencia, y
posteriormente establecer el valor de presión del sistema al valor de regulación adecuado,
finalmente se abre el regulador hasta que permita el paso de aire y se integra al circuito.

 Temporizadores

Son elementos de control que sirven para mantener una señal durante cierto tiempo, o
para retrasar el movimiento, a estos temporizadores se les llama: válvulas de tiempo
muerto normalmente cerradas, o normalmente abierta, dependiendo del uso que se le

30


quiera dar; para entender esto mejor en la Figura 26 se puede observar mejor el
significado.

Figura 26: Temporizadores, a) Normalmente Cerrado (NC) y b) Normalmente Abierto (NA)

En donde el pin número 1 es la entrada de alimentación del temporizador, el número 2 es
la salida del temporizador y el número 10 es el pin de activación del temporizador. En la
Figura 26 se puede observar que el temporizador consta de una válvula reguladora de
caudal, un almacenador de aire comprimido, y una válvula 3/2 con retorno de muelle; la
diferencia entre los dos temporizadores es la condición de la válvula 3/2.

Figura 27: Ejemplo con temporizador normalmente cerrado.

Para entender el uso de los temporizadores primero se debe tener claro que se necesita,
si se necesita retrasar una señal, o mantenerla por cierto tiempo. Suponiendo que en el
Ejemplo que se desarrollo en la explicación del método cascada, se requiere que después
que salga el actuador ‘B’, se demore un tiempo determinado antes de volver a entrar; el

31


temporizador que se debe usar es uno normalmente cerrado y ubicado en el punto en
donde se genera la señal para retornar el cilindro como se muestra en la Figura 27.

Nota: el establecimiento de los tiempos de retarde en neumática, suele ser una cuestión
de prueba y error, si durante el desarrollo de las pruebas se cuenta con un temporizador
que cuenta con un sistema para visualizar el tiempo ajustado entonces se recomienda
utilizarlo, de lo contrario se deben realizar pruebas constantes hasta llegar al tiempo
deseado.

 Contadores

Son elementos de control importantes a la hora de conocer el número de ciclos, piezas
entre otras cosas, consisten en una válvula que se acciona después de cierto número de
pulsos generados en uno de los pines de dicha válvula, el símbolo usado es el que se
muestra en la Figura 28; y se usa para controlar procesos por determinados ciclos o
producción de piezas.

Figura 28: Contador Neumático

En donde el pin número 1 es la entrada de alimentación del contador, generalmente se
alimenta desde la red neumática, el número 2 es la salida del contador´, el número 12 es
el pin de entrada de los pulsos que se necesitan contar y el número 10 es el pin que
reinicia el conteo (Reset).

Para usar los contadores es necesario saber en qué parte del proceso se necesita contar y
también saber que se debe controlar después de llegado al límite del conteo del proceso.
Suponiendo que en el Ejemplo que se desarrollo en la explicación del método cascada, se

32


requiere que el proceso sea continuo hasta completar 2 ciclos completos; por esta razón,
se debe colocar el pin número 12 en la última señal del ciclo, que debe ser la señal que
activa el retorno del cilindro ‘A’, para así controlar la posición de una válvula 3/2 que
ayuda a hacer el proceso continuo como lo muestra la Figura 29, y para reiniciar el
contador se conecta la señal de Reset del contador directamente al pulsador “START”
para así reiniciar el contador cada vez que se necesite iniciar la secuencia.

Figura 29: Ejemplo Contador de ciclos.

1.1.5. Recomendaciones

A la hora de realizar las pruebas de neumática en las Olimpiadas Nacionales de
Mecatrónica, hay que tener en cuenta las siguientes recomendaciones:

 Por lo general las competencias son en parejas, por lo tanto es recomendable
dividirse el trabajo para utilizar la menor cantidad de tiempo posible en realizar el
diseño y montaje de los circuitos neumáticos. Mientras una persona se dedica al
diseño del circuito neumático, la otra puede estar haciendo las conexiones estándares
como lo son los actuadores, reguladores de caudales, válvulas de control entre otros.

33


 Siempre tener en cuenta la dirección en que se colocan los elementos como los
reguladores de caudal, reguladores de presión entre otros, y la correcta ubicación de
estos.
 Tener siempre presente la regulación de presión que se obtiene de la unidad de
mantenimiento del sistema, ya que en muchas pruebas se pide alguna presión de
alimentación en la red.
 Todas las válvulas biestables no siempre están conmutadas de la forma correcta, o
como se necesite que estén conmutadas para el proceso ya que estas pueden haber
sido utilizadas con anterioridad, por tanto se recomienda conmutar cada válvula al
estado que se requiera dependiendo en que parte del proceso se va a utilizar.
 Empezar el diseño con la secuencia a seguir, para ir verificando que las cosas
funcionen, así asegurar puntos vitales en las pruebas.
 Después de tener la secuencia completa, continuar con los elementos
complementarios de control.
 Para los montajes de estos circuitos se recomienda revisar el estado del
funcionamiento de los elementos como sensores, pulsadores, válvulas y mangueras
de conexión, ya que estos pueden hacer que el equipo pierda un tiempo valioso a la
hora de rectificar el funcionamiento del circuito final, a la hora de revisar posibles
errores nunca de por sentado el buen funcionamiento de ningún elemento, de ser
posible genere planes de revisión rápidos, centrando cada participante en elementos
específicos.

 Se recomienda rectificar todas las posibles fugas que contenga el circuito, ya que este
inconveniente puede hacer perder puntos valiosos.

 Realizar tantos ejercicios como sea posible antes de presentarse a las pruebas; es
recomendable regirse por las pruebas que se presentan en el segundo capítulo de
este documento.
 Para los problemas con restricción de elementos, primero se debe analizar si los
elementos cumplen con los requerimientos de algún método especifico, y usar

34


siempre todos los elementos que se tengan a la mano a la hora de realizar la prueba,
ya que si existe el elemento dentro de los materiales es porque el jurado calificador
estará al tanto que no sobre ningún elemento (de todas maneras puede hacer caso
omiso de esta recomendación si la prueba indica lo contrario, o si no se especifica que
se debe utilizar todo)
 A la hora de la revisión de las pruebas realizadas, dejar que los jurados realicen todos
los movimientos que ellos crean pertinentes para probar el circuito de resultado, no
hacer ninguna prueba por cuenta de los participantes, ya que esto puede traer
efectos secundarios negativos en el resultado de las pruebas realizadas.

1.2. Electroneumática

Este pilar de las competencias abarca la solución de secuencias automáticas y manuales
basadas en señales eléctricas de 24 voltios, por este motivo todos los elementos de
control que se usan pueden ser interpretados como contactos normalmente abiertos o
cerrados, los cuales son accionados de manera mecánica (pulsadores, interruptores,
selectores, finales de carrera, etc.), de manera eléctrica (relevos, solenoides,
temporizadores, contadores, etc.) y por fenómenos físicos (Sensores magnéticos, sensores
inductivos, presóstato, caudalímetro, etc.).

Es de gran importancia comprender la forma de comandar las acciones que se pretenden
realizar a través de los enclavamientos y los relevos con memoria pues estos serán los
encargados de controlar cada paso de la secuencia, además de que la comprensión del
funcionamiento de ellos será de gran ayuda en las pruebas con controladores lógicos
programables (PLC).

En las competencias, esta parte es evaluada de dos formas diferentes pero siempre
teniendo como base los mismos principios, la primera forma es a través del diseño y
montaje de una secuencia, y la segunda es a través del diseño y la simulación en el
computador de un sistema usando FluidSim. En este orden de ideas se hace estrictamente
necesario que el participante sepa identificar y usar los elementos físicos que se

35


involucran en el montaje (Bloque de válvulas, bloque de pulsadores-interruptores-
indicadores visuales, sensores de todos los tipos, temporizadores, contadores, y otros,
pertenecientes a los equipos de enseñanza de Festo Didactic)1.

1.2.1. Método Cascada

El método Cascada en Electroneumática tiene la misma teoría base que el método
cascada en neumática (la separación de la secuencia en grupos se realiza de la misma
manera); pero para el caso de los circuitos electroneumáticos, se usan relevos para activar
o desactivar un grupo.

Para diseñar un circuito electroneumático, es necesario realizar los siguientes pasos, para
llegar a un resultado óptimo:

1. Analizar el problema e identificar los actuadores y sensores a utilizar en el diseño, con
su respectiva simbología descrita en el primer paso del método cascada en
neumática.

2. Establecer la secuencia de movimientos de los actuadores, estableciendo los signos
de los movimientos como se muestra en la Figura 3. Por ejemplo:

A+ B+ B- A-

3. Dividir la secuencia en grupos teniendo en cuenta la teoría explicada para la creación
de grupos en neumática.

1
Se recomienda a los participantes revisar en la página de festo didactic, (www.festo.com/didactic), por los
sistemas de enseñanza para neumática y electroneumática, cuyas referencias son TP101, TP102, TP201 y
TP202, de esta manera el grupo puede hacerse una idea de cómo lucen los elementos, y evitar sorpresas
durante las competencias.

36


4. Se establece que elemento o sensor es el encargado de hacer el cambio de un
movimiento a otro con una flecha por encima indicando el sensor correspondiente, y
con una flecha por debajo el encargado de hacer cambio de grupo. Ejemplo:

5. Se establece el numero de relevos necesarios para la secuencia básica con la
aplicación de la siguiente fórmula:

En donde: es el número de relevos y es el número de grupos; teniendo que para
este caso se tendrá dos 1 relevo.

6. Se ponen los actuadores cada uno con su válvula 5/2 activadas
electromagnéticamente, se realiza toda la conexión neumática, se ponen los sensores
de cada elemento y se identifican los solenoides de las válvulas como se muestra en la
Figura 30.

Figura 30: Actuadores y Válvulas de Control Electroneumático

7. Se comienza a diseñar la secuencia de principio a fin, comenzando por instalar la
fuente, y diseñando la alimentación del primer grupo (Primer relevo) con las

37


condiciones tomadas de la secuencia de cambios de grupos y teniendo en cuenta que
hay que hacer que tenga memoria cada uno de los relevos que se calcularon
anteriormente. Posteriormente el segundo grupo se hace el mismo esquema con
memoria sin embargo se agrega la condición de cambio de grupo, la memoria debe
ser interrumpida en todos los casos por el relevo siguiente. Sin embargo el último
debe ser interrumpido por el último sensor de cambio. La configuración para que
tengan memoria los relevos es el mostrado en Figura 31:

Figura 31: Configuración para obtener Relevos con memoria

De modo que al oprimir el pulsador ‘START’ el relevo se
energiza y atreves del contacto normalmente abierto
quede energizado

8. Se Realizan las líneas de alimentación de cada grupo teniendo en cuenta que cada
línea va alimentada de la fuente a través de un contacto normalmente abierto del
relevo de cada grupo, la última línea de alimentación de grupo está conectada a la
fuente a través de contactos normalmente cerrados de todos los relevos involucrados
en la selección de grupos.

38


9. Se procede a realizar la etapa de conexiones de las electroválvulas de la siguiente
manera, el primer movimiento de cada grupo se conecta directamente a la línea de
alimentación del respectivo grupo, los siguientes movimientos del grupo se conectan
a la línea en serie con el sensor o elemento encargado del cambio de movimiento.

Ejemplo 4:

Suponiendo el mismo Ejemplo 1 con la misma secuencia (A+ B+ B- C+ C- A-), pero
resolviéndolo con el método cascada con electroneumática, se tendría:

 No. Cilindros = 3 (A, B, C)


Figura 32: Actuadores y Válvulas de Control, Ejemplo 4.

 Grupos = 3

A+ B+ / B- C+ / C- A-
I II III

 Cambios de Grupo y Movimientos =

 Relevos de Cambio de Grupo = 2

39


 Se hace la etapa de control únicamente con dos relevos (K0 y K1) teniendo en cuenta
que el cambio de grupo quita la memoria del primer grupo y que la memoria del
segundo grupo la des-energiza el sensor del cilindro C afuera, como se muestra en
Figura 33.

Figura 33: Relevos de Cambio de grupos, Ejemplo 4.

 Por último se hace la parte de accionamiento de las válvulas, la cual se debe hacer de
la siguiente forma:

 Se hace una línea para cada grupo, cada línea va unida a la fuente a través de un
contacto abierto de cada relevo consecutivamente y la última línea al no tener
relevo se una a través de contactos cerrados de cada relevo así:

40


Figura 34: Cambios de Grupos, Ejemplo 4.

 El primer movimiento de cada grupo se conecta directamente a la línea de la
siguiente forma:

Figura 35: Primero Movimiento de los grupos, Ejemplo 3.

41


 Los siguientes movimientos se hacen teniendo en cuenta el sensor o el elemento
que hace el cambio de movimiento como lo muestra la Figura 36:


Al finalizar estos pasos, se tiene la secuencia completa, y ahora si se podrán acoplar todos
los elementos de control que pueda tener el proceso.

1.2.2. Método Paso a Paso

Al igual que el método cascada, el método paso a paso tiene la misma teoría base de la
aplicada en electroneumática solo que este método para electroneumática es mucho más
largo de realizar que el método cascada, este método consiste en dividir la secuencia por
cada movimiento que se genere. Siguiendo los pasos descritos a continuación se debe
llegar al resultado esperado:

1. Analizar el problema e identificar los actuadores y sensores a utilizar en el diseño, con
su respectiva simbología descrita en el primer paso del método cascada en
neumática.

2. Establecer la secuencia de movimientos de los actuadores, estableciendo los signos
de los movimientos como se muestra en la Figura 3. Por ejemplo:

42


A+ B+ B- A-

3. Se calcula el numero de relevos con la siguiente ecuación:

En donde: es el número de válvulas y es el número de movimientos; teniendo que
para este caso se tendrán cuatro (cuatro) relevos.

4. Se ponen los actuadores cada uno con su válvula 5/2 activadas
electromagnéticamente, se realiza toda la conexión neumática, se ponen los sensores
de cada elemento y se identifican los solenoides de las válvulas, como se muestra en
la Figura 30.

5. Se inicia energizando el primer relevo (Primer movimiento) a través del pulsador de
inicio y se memoriza la activación del relevo, el encargado de interrumpir la señal de
memoria es el relevo del siguiente movimiento. Para los otros movimientos se replica
el esquema pero la activación estará dependiendo de los elementos que hacen
cambio de movimientos. Es importante tener en cuenta que un paso habilita el
siguiente y deshabilita el anterior.

Figura 37: Configuración de relevos paso a paso, electroneumática

6. Se procede a realizar la etapa de conexión de las electroválvulas, en donde se conecta
el respectivo relevo del movimiento al respectivo solenoide de la válvula.

43


Figura 38: Configuración de pasos y movimientos, electroneumática

Ejemplo 5:

Suponiendo el mismo Ejemplo 1 con la misma secuencia (A+ B+ B- C+ C- A-), pero
resolviéndolo con el método cascada con electroneumática, se tendría:

 No. Cilindros = 3 (A, B, C)


La configuración de los cilindros, válvulas de control y sensores se puede observar en
la Figura 32.


 Numero de relevos = 6

44


 Se hace la etapa de control activando y desactivando cada paso.

Figura 39: Configuración Pasos, Ejemplo 5.

 Etapa de control de válvulas:

Figura 40: Activación y Desactivación de Válvulas de control, Ejemplo 5.

 Diseño final:

45



Al finalizar estos pasos, se tiene la secuencia completa, y ahora si se podrán acoplar todos
los elementos de control que pueda tener el proceso.

1.2.3. Elementos Complementarios de Control

En la realización de los montajes automático o semiautomático se hacen necesarios en
muchos casos usar elementos que ayudan a controlar variables como el tiempo y números
de repeticiones. Sin embargo a continuación se tratará del uso de los temporizadores y de
los contadores, en donde se mostrarán ejemplos sencillos para comprender su uso y
posteriormente se hará un ejercicio de mayor complejidad para entender a que se hace
referencia cuando se dice que se necesita lógica e intuición (se omiten válvulas de presión
y otras, pues en el caso de electroneumática estos sensores funcionan de manera similar a
los utilizados para la detección de las posición del cilindro y por ende la integración de los
mismos al resto del circuito resulta bastante sencilla).

 Temporizadores

En electro-neumática la temporización se hace a través de relevos con retardos, para
nuestro estudio nos concentraremos en el relevo con retardo a la conexión (on delay o
con desaceleración de arranque) y relevo con retardo a la desconexión (off delay o con
desaceleración de caída). Es importante tener presente cual es el modo de operación de

46


cada uno, pues se les puede poner contactos normalmente cerrados o abiertos, es decir,
que se pueden usar de muchas formas.

 Retardo a la conexión: Una vez que el relevo es energizado empieza a correr el tiempo
(funciona con flanco de subida), transcurrido éste, los contactos que se encuentren
relacionados con el relevo conmutan. Es importante que la señal de alimentación del
relevo no se pueda cortar durante el conteo del tiempo pues no se activa, por eso se
sugiere usar el método para memorizar la señal de los relevos. Un ejemplo sencillo es
el de retardar el tiempo de salida de un cilindro como se muestra en la Figura 42:

Figura 42: Configuración del retardo a la conexión en electroneumática

En el ejemplo anterior se usó un interruptor para mantener la señal activa, sin embargo,
se pudo haber usado un pulsador y memorizarlo. Se sugiere hacer el anterior montaje
para ver realmente el funcionamiento de este retardo.

 Retardo a la desconexión: Una vez que el relevo se energiza lo contactos relacionados
a éste conmutan, en el momento que se des energiza comienza a correr el tiempo, y
una vez transcurrido los contactos vuelven a su estado normal. En el ejemplo
mostrado en la Figura 43 en el momento que se conmute el interruptor el cilindro

47


saldrá, cundo se vuelva a conmutar el interruptor pasarán 5 segundos antes que el
cilindro retorne a su posición.

Figura 43: Configuración del retardo a la desconexión en electroneumática

 Contadores:

Los contadores son normalmente usados para contabilizar el número de repeticiones de
un movimiento determinado, en electro-neumática se usa a través de un relevo el cual
tiene un indicador que muestra el número de repeticiones, este funciona por flanco
ascendente y tiene reset para volver a ceros los parámetros. El principal parámetro a
tener en cuenta en el contador es el set point o denominación de la conexión, esto hace
referencia a el numero de la repetición en la cual los contactos relacionados al relevo
contador conmutan.

En las competencias se usan de diversas formas, sin embargo la más compleja resulta
cuando se pide que cierta parte de la secuencia se tenga que realizar un número
determinado de veces y después seguir con el resto de la secuencia.

48


Figura 44: Contadores en electroneumática

El contador inicia en el valor seleccionado y con cada flanco ascendente se decrementa en
uno el valor, hasta llegar a cero y conmutar los contactos. En este ejemplo se debe
presionar el pulsador de “START” 5 veces para sacar el actuador, y después se hace
necesario presionar el Reset para retornar el cilindro.

Ejemplo 6:

 Secuencia necesaria:

 Se requiere que antes que entre ‘A’ el cilindro ‘B’ debe entrar y salir un número
determinado de veces por un contador; cada vez que el cilindro B este afuera debe
esperar 5 segundos antes de entrar.

La solución a este ejemplo esta mostrada en la Figura 45, y es necesario usar la
configuración de cilindros y válvulas de control mostrados en la Figura 30. En donde KC es el
relevo del contador y KT es el relevo del temporizador.

49


Figura 45: Solución ejemplo de elementos de control electroneumáticos

1.2.4. Recomendaciones

A la hora de realizar las pruebas de electroneumática en las Olimpiadas Nacionales de
Mecatrónica, hay que tener en cuenta las siguientes recomendaciones:

 Si se realiza pruebas sobre el simulador, realizar secuencia básica y después de tener
la secuencia funcionando proceder a crear nuevo archivo en el cual se copia y se pega
lo que se tiene hasta ese punto, con el fin de que todas las modificaciones que se
realicen se hagan sobre otro archivo y asegurar en todo momento poder presentar la
secuencia básica, que en resumidas cuentas es clave en la puntuación.

 Tener mucho cuidado con las márgenes de las hojas y conexiones erróneas que
existan en la simulación, ya que pueden calificar que no salga ningún error o mensaje
en la simulación.

 Poner unidades de mantenimiento si son necesarias, y ajustar bien las presiones del
compresor y las unidades de mantenimiento según lo requerido.

50


 Para agregar una válvula en FluidSim lo más recomendable es acceder al menú:
Neumática/Válvulas/Válvulas de vías de uso frecuente/accionadas por solenoides
(Activadas Electroneumáticamente). Con esto ahorramos tiempo en la puesta a punto
de la válvula (Silenciadores, tipos de accionamiento, muelles, etc).

 Para los montajes de estos circuitos se recomienda revisar el estado del
funcionamiento de los elementos como sensores, pulsadores y electroválvulas y
relevos y cables de conexión, ya que estos pueden hacer que el equipo pierda un
tiempo valioso a la hora de rectificar el funcionamiento del circuito final.

 Es importante tener claro la simbología de todos los sensores pues se califica que se
haya usado el sensor que se pide, a continuación se mostrarán algunos de los
sensores más usados y la forma de incluirlos.

 Presóstatos: En FluidSim a la hora de usar los presóstatos se hace necesario incluir
una parte mecánica que se encuentra en el pilar de neumática/sensores e
instrumentación de medidas, este elemento que se selecciona de este subgrupo es
el que se conectara a la parte neumática del sistema. Otra parte se incluye en la
parte de control, pero el elemento que se agrega se hace desde los sensores e
instrumentos de medidas de componentes eléctricos. Este procedimiento también
se debe realizar con caudalímetros y otros sensores de este tipo. Estos elementos
siempre se debe tener en cuenta la presión de configuración que deban tener según
la función a realizar.

 Cuando se habla de finales de carrera, es posible que pidan contactos especiales
como contactos Reed, por esta razón una vez que el contacto normalmente abierto
se encuentre referenciado al final de carrera se debe hacer doble clic y según como
se muestra en la Figura 46 seleccionar el tipo de contacto.

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Figura 46: Configuración de Contactos Reed.

 Sensor Capacitivo, inductivo, óptico y magnético: Todos estos sensores se conectan
de la misma forma, referenciando el sensor a un punto de la carrera del cilindro.

Figura 47: Ejemplo de Conexión electroneumática de un Sensor Capacitivo.

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1.2.5. Fundamentos para la Nomenclatura ISO 1219

Aunque existe diferente material respecto a la manera como se debe realizar la
nomenclatura de elementos en un circuito neumático, se ofrece la siguiente guía y
ejemplos a manera de información que puede ser fácilmente trasladada al desarrollo de
las pruebas:

 La nomenclatura de un circuito neumático debe realizarse a partir de los
actuadores, identificándolos primero con un número seguido por la letra A. el
número identificará el grupo que comanda dicho actuador, así por ejemplo 2A
significa el actuador del grupo dos; si llegado el caso se tiene más de un
actuador por grupo se procede como sigue: 2A1, 2A2, etc.
 Una vez designados los actuadores se procede a designar aquellas válvulas y
sensores que están directamente conectados a este, tenga en cuenta que para
el caso de válvulas se utiliza la letra V, para el caso de sensores y otros
elementos de entrada se utiliza la letra S, y para otros elementos (grupos de
válvulas, temporizadores, válvulas de secuencia, filtros, etc.) se utiliza la letra Z.
Entonces, las válvulas que están conectadas al actuador pertenecerán a ese
mismo grupo (en nuestro ejemplo el grupo 2) y de allí en adelante con el
consecutivo; así por ejemplo, se pueden tener las válvulas 2V1, 2V2, 2V3, etc., y
los sensores 1S1, 1S2, 1S3 etc. Procure dentro de lo posible realizar asignar el
consecutivo más bajo al elemento que se encuentre más abajo dentro del
circuito y aumente el índice a medida que se acerca a los actuadores.
 Finalmente se designan aquellos elementos que no están directamente
conectados a un actuador en específico, para estos se utilizan las mismas letras
de designación ya explicadas y se utiliza el grupo cero 0.

Obsérvese la siguiente figura a manera de ejemplo ilustrativo de lo anteriormente
explicado, se recomienda realizar una revisión de los circuitos de ejemplo que contiene el
Fluidisim (inclusive en su versión de demostración), para observar diferentes maneras de

53


designar los elementos siguiendo estas normas básicas, así mismo y a manera de práctica,
se recomienda realizar una nueva nomenclatura de los ejercicios hasta ahora realizados.

Figura 48: Circuito Neumático de acuerdo a ISO 1219.

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2. CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES – PLC

Los controladores lógicos programables se conocen comúnmente como PLC (por sus siglas
en ingles: Programmable Logic Controller) es un dispositivo electrónico capaz de controlar
desde procesos simples hasta procesos industriales, por esta razón en las olimpiadas, es el
campo más importante a tener en cuenta, este pilar abarca la solución de problemas de
automatización de procesos usando solo elementos de la programación junto con
sensores (fines de carrera, magnéticos, inductivos, etc), accionamientos mecánicos
(pulsadores, interruptores, etc), y actuadores tanto neumáticos (cilindros) como eléctricos
(bombillos, motores eléctricos, etc).

Es completamente necesario que se tenga un previo entrenamiento con circuitos
neumáticos y electroneumáticos ya que estos son la base para complementar la
automatización con PLC, estos por lo general usan el mismo principio de actuadores y
válvulas de control que los circuitos electroneumáticos; para poder avanzar se requiere un
previo conocimiento y entrenamiento de programación usando el lenguaje de código
llamado “statement list” con el programa FST de Festo, y usando la programación básica
con “STEP” para programar las secuencias y pasos a seguir en el proceso; así como
conocer la forma de programar las salidas y las entradas del PLC para cierto proceso.

En este capítulo del documento, se abarcarán temas tales como uso de temporizadores,
contadores y programas multitareas para asegurar un máximo desempeño del programa,
también se explicará la programación avanzada sin “STEP” usando solo banderas, Sub-
Programas (Modulos de Función – CFM y Modulos de Programa CMP), también tipos de
comunicaciones como la Serial y la Ethernet, programación y comunicación con Excel y
por último los Sistemas Modulares de Producción - MPS (por sus siglas en ingles: Modular
Production System)

55


2.1. Temporizadores, Contadores y Multitareas.

Para programar un PLC con la mayor eficiencia posible es recomendable trabajar con
algunos elementos internos del PLC como lo son: Temporizadores, Contadores, y Procesos
Multitareas; ya que estos ayudarán a simplificar la programación y analizar mejor el
programa, por tal razón se hará una breve explicación de cada elemento en este
documento.

2.1.1. Módulos de Tiempo

Son elementos de control de tiempo con los que cuentan los PLC internamente; estos
módulos se pueden representar como se muestra en la Figura 49. Y están compuestos por
tres conexiones, que son: activación del modulo, definición de tiempo y la salida que
determina si el modulo esta activo o no; adicional a esto, se puede visualizar el tiempo
transcurrido.

Figura 49: Modulo de Temporización.

Estas entradas y salidas, reciben un nombre en FST así:

 El modulo de tiempo (Temporizador), es llamado “T”, y existen 256 temporizadores
en el FST, teniendo desde ‘T0’ hasta ‘T255’.
 El tiempo es iniciado configurando el modulo así:

SET T# 'Temporizador
WITH #s

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 el valor nominal del tiempo configurado se encuentra en el temporizador
preseleccionado: TP0… TP255, dependiendo del temporizador que se haya usado.
 El modulo de tiempo toma un valor de ‘1’ después de iniciado el tiempo, y se
convierte en ‘0’ cuando el tiempo configurado se haya terminado.
 El valor actual del modulo de tiempo, se encuentran en las palabras de tiempo: TW0…
TW255 dependiendo del temporizador que se use.

Estos elementos se pueden activar o desactivar y dependiendo de su estado y para lo que
se necesite pueden traer consecuencias en el proceso, es decir, si se necesita que un
proceso se detenga durante un tiempo predeterminado, lo que se hace es activar un
temporizador y detener el proceso mientras transcurre el tiempo, al terminarse el tiempo,
el temporizador se desactiva y el proceso está listo para continuar. Analizando lo anterior
es posible darse cuenta que los temporizadores son variables activas o inactivas, por tal
razón se pueden usar para condiciones preguntando si está o no activa la variable de
tiempo; por ejemplo, si se necesita encender un bombillo durante 3 segundos después de
haber presionado el pulsador estar, se debe programar así:

STEP 0
IF START 'Señal de Entrada del Pulsador
THEN SET T1 'Temporizador
WITH 3s
SET BOMBILLO 'Señal de Salida del Bombillo

STEP 1
IF N T1 'Temporizador
THEN RESET BOMBILLO 'Señal de Salida del Bombillo
JMP TO 0

O en caso de que se requiera retener un cilindro en su posición externa durante un
determinado tiempo se debe programar así:

STEP 0
AND S0 'Sensor Cilindro A, Adentro
THEN SET Y0 'Señal de Salida del Cilindro A
RESET Y1 'Señal de Retorno del Cilindro A

STEP 1
IF S1 'Sensor Cilindro A, Afuera

57


THEN SET T1 'Temporizador
WITH 2s

STEP 2
IF N T1 'Temporizador
THEN RESET Y0 'Señal de Salida del Cilindro
SET Y1 'Señal de Retorno del Cilindro A
JMP TO 0

2.1.2. Modulo de Conteo

Son elementos de control que sirven para llevar un registro de conteo de algún elemento
físico, ciclos, entre otras cosas; este modulo se puede visualizar al igual que el modulo de
tiempo. El modulo de conteo que se muestra en la Figura 50, está compuesto por
conexiones como: Incremento, Decremento, Valor Nominal, Reset, Estado, Valor Actual;
estas conexiones son las que hacen posible la configuración y funcionamiento del modulo.

Figura 50: Modulo de Conteo

Estas entradas y salidas, reciben un nombre en FST así:

 El modulo de conteo (Contador), es llamado “C”, y existen 256 contadores en el FST,
teniendo desde ‘C0’ hasta ‘C255’.
 El contador es iniciado configurando el modulo dependiendo del uso: en Incremento
o en Decremento.
 el valor nominal del conteo configurado se encuentra en el contador preseleccionado:
CP0… CP255, dependiendo del contador que se haya usado.
 El valor actual del modulo de conteo, se encuentran en las palabras de conteo: CW0…
CW255 dependiendo del contador que se use.

58


En el proceso de conteo se necesita identificar un cambio en una señal ya que si no se
detecta el cambio el modulo contará indeterminadamente, es decir debe existir un
cambio de ‘0’ a ‘1’ y después otro cambio a ‘0’ en la señal a contar; el modulo de Conteo
se puede trabajar de dos formas, en Incremento y en Decremento dependiendo de la
utilidad que se le vaya a dar, pero también se puede trabajar usando registros, para
entender mejor cada modulo, se explicará mediante un ejemplo cada uno.

 Contador en Incremento:

El contador en incremento se activa configurando la señal del valor nominal (CP#), la
variable ‘C#’ estará activa mientras el contador este por debajo del valor nominal, se debe
usar el comando “INC” para incrementar la señal cada vez que se necesite en el programa;
la señal de la variable ‘C#’ se desactivará solo cuando el valor del contador sea mayor o
igual al valor nominal; asumiendo que se necesita contar la señal de un sensor de piezas
en un proceso cualquiera, y después de que pasen 5 piezas una luz indicadora se debe
activar se debe programar así:

STEP 0
IF NOP
THEN LOAD V5
TO CP0 'Valor Nominal del Contador 0
SET C0 'Contador - En Incremento

STEP 1
IF REINICIO 'Pulsador de Reset para el Contador
THEN JMP TO 0
IF PIEZA 'Sensor de Piezas
THEN INC C0 'Contador - En Incremento

STEP 2
IF REINICIO 'Pulsador de Reset para el
Contador
THEN RESET C1 'Contador – En Incremento
JMP TO 0
IF N PIEZA 'Sensor de Piezas
AND C0 'Contador - En Incremento
THEN JMP TO 1

AND N C0 'Contador - En Incremento
THEN SET BOMBILLO 'Señal de Salida del Bombillo

59


STEP 3
IF REINICIO 'Pulsador de Reset para el
Contador
JMP TO 0

 Contador en Decremento:

El contador en decremento se diferencia del incremento en la forma de configurar el
modulo; este se activa configurando la señal del valor actual (CW#) en vez del nominal, la
variable ‘C#’ estará activa mientras el contador sea mayor a cero (0), y se debe usar el
comando “DEC” para decrementar la señal cada vez que se necesite en el programa; la
señal de la variable ‘C#’ se desactivará solo cuando el valor del contador sea igual a cero;
asumiendo que se necesita contar la señal de un sensor de piezas en un proceso
cualquiera, y después de que pasen 5 piezas una luz indicadora se debe activar se debe
programar así:

STEP 0
IF NOP
THEN SET C1 'Contador - En Decremento
LOAD V5
TO CW1 'Valor Actual del Contador 1

STEP 1
THEN JMP TO 0
THEN DEC C1 'Contador - En Decremento

STEP 2
THEN RESET C1 'Contador - En Decremento
JMP TO 0
AND C1 'Contador - En Decremento
THEN JMP TO 1
AND N C1 'Contador - En Decremento

STEP 3
JMP TO 0

 Contador Usando Registros:

60


Los registros son variables que tiene un PLC para poder guardar información numérica,
estos sirve también para contar ya que estos se pueden incrementar o decrementar, pero
la ventaja es que a estos registros se les pueden aplicar operaciones como suma, resta,
multiplicación y división, otra ventaja es que la configuración de estos contadores es más
sencilla que usando los contadores normales, ya que solo basta con darle un valor inicial al
registro y después preguntar si es igual, menor o mayor que el valor deseado, y estos si se
pueden usar en otros programas como Excel ya que estos se pueden visualizar y los
contadores no; el nombre de las variables de registro son ‘R#’, en donde # es el numero
del registro que se va a usar. Por ejemplo: asumiendo que se necesita contar la señal de
un sensor de piezas en un proceso cualquiera, y después de que pasen 5 piezas una luz
indicadora se debe activar se debe programar así:

STEP 0
THEN LOAD V0
TO R1 'Registro para el Contador

STEP 1
THEN JMP TO 0
THEN INC R1 'Registro para el Contador

STEP 2
THEN LOAD V0
TO R1 'Registro para el Contador
JMP TO 0
AND ( R1 'Registro para el Contador
< V5 )
THEN JMP TO 1
AND ( R1 'Registro para el Contador
<= V5 )

STEP 3
JMP TO 0

61


2.1.3. Multitareas

La programación usando multitareas es la más eficiente y la más rápida de entender y
programar ya que utiliza varios programas dentro de la programación del proceso a
realizar; FST soporta hasta 64 programas (P0… P63), los cuales trabajan simultáneamente.
Al referirse a “simultaneo” es una forma de decir ya que el PLC no cuenta con 64
microprocesadores, como consecuencia el único procesador que tiene el PLC intercambia
muy rápidamente entre los programas existentes uno tras del otro; por esta razón se
puede llegar a pensar en el trabajo simultaneo de los programas es decir un proceso
multitareas.

En todo programa existen entradas y salidas en el inicio y en el final del proceso; las
señales de estado del proceso son leídas al inicio del proceso, y escritas al final del
proceso. El programa que se ejecuta por defecto siempre será ‘P0’, los demás serán
activados o desactivados en ese o en otro programa activo en el momento que se desee.

‘P’ es el nombre que se le da a los programas; un programa puede ser activado (SET) o
desactivado (RESET), al mismo tiempo se puede preguntar si un programa está activo o no
usando IF P# o IF N P# cuando sea requerido. Por ejemplo, se necesita programar un PLC
que cumpla con una secuencia específica, pero que también se pueda modificar el numero
de ciclos que realice cada vez que se presiones un botón de START, que también tenga un
botón de STOP y un botón de RESET; para esto se pueden usar varios programas para
hacer más sencilla la tarea de programarlos, a continuación se mostrará un ejemplo para
la programación de ‘P0’ y la activación de los programas alternos. El programa ‘P0’ nunca
dejara de estar activo ya que este es el que controla que programa se ejecuta en qué
momento.

STEP 0
IF START 'Pulsador de Inicio de Secuencia
THEN SET P1 'Secuencia a Seguir
RESET P3 'Programa de Configuración
IF CONFIG 'Botón Configurar Numero de Ciclos
THEN RESET P1 'Secuencia a Seguir
SET P3 'Programa de Configuración

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JMP TO 2
IF STOP 'Botón para detener el proceso
THEN RESET P1 'Secuencia a Seguir
RESET P3 'Programa de Configuración
SET P2 'Programa de Secuencia de Reinicio

STEP 1
IF N P2 'Programa de Secuencia de Reinicio
THEN JMP TO 0

STEP 2
IF N P3 'Programa de Configuración
THEN SET P2 'Programa de Secuencia de Reinicio
JMP TO 1

2.1.4. Ejemplo de Programación

Para poder entender mejor este capítulo, se desarrollara un ejemplo donde se necesiten
contadores, temporizadores y multitareas; asumiendo la siguiente secuencia:

Pero también se debe tener un pulsador de “START” que inicie la secuencia, otro de
“STOP” para detener la secuencia en cualquier punto de la secuencia, y un pulsador de
“RESET” para reiniciar todas las variables, y los actuadores regresen a su posición inicial;
pero se necesita que el cilindro B se quede afuera por 1 segundo antes de entrar.

Para resolver este ejercicio, se necesita un programa principal (P0) que tome los datos de
los pulsadores para saber en qué momento accionar la secuencia, detenerla, o reiniciar las
variables y actuadores; también se necesita un programa (P1) que lleve la secuencia
completa para poder hacer más fácil la tarea del programa principal; la configuración de
los cilindros se muestra en la Figura 30; ya sabiendo esto se procede a programar así:

Tabla 1: Allocation List Ejemplo de Programación.

Operando
Operando Comentario
Simbólico
O0.0 Y0 Salida del Cilindro A
O0.1 Y1 Retorno del Cilindro A
O0.2 Y2 Salida del Cilindro B
O0.3 Y3 Retorno del Cilindro B

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