Automatismos programables

 Los automatismos programables, utilizan las tecnologías de la comunicación e informática, para que las máquinas industriales realicen sus operaciones.

Automatismos programables

Los relevadores electromecánicos, provocaban falsos contactos, calor y contaminación por ruido, dificultaban el mantenimiento, y los cambios en las secuencias de operación, en los grandes cableados eléctricos industriales,

En la década de 1960, los controles eléctricos de la industria automotriz, basada en los relevadores electromecánicos, empezaron a ser remplazados por el PLC (Programmable Logic Controller).

El PLC remplazo al control basado en relevadores

La industria automotriz altamente competitiva, impulso la computación, utilizándose en sus instalaciones  de control eléctrico, los primeros sistemas informáticos.

El uso de los PLC, trajo un aumento en la seguridad y la eficacia, esta última  altamente  valorada, en áreas claves, como el tiempo y el dinero.

El controlador lógico programable

La electrónica, principalmente con la invención del microprocesador, y el uso de los sistemas informáticos (software), genero soluciones flexibles, ya que se pudo modificar los programas (secuencias de operación), sin realizar cambios en el cableado (hardware).

Se recopilaron, compartieron y analizaron datos, en tiempo real (al momento).

La programación y la supervisión del control industrial

Desde la incorporación de los controladores lógicos programables, se vio la necesidad, de que los encargados del mantenimiento eléctrico, continuaran tomando su función.

Incorporando los diagramas eléctricos, con un sistema de programación grafica llamada de contactos de relevador, que, además permite supervisar el funcionamiento de los grandes controles industriales.

Al ser el PLC, un dispositivo electrónico, prácticamente es una computadora, que comparte información a los diversos departamento de la industria. 

Automatismos industriales

Los automatismos industriales, son un conjunto de técnicas y tecnología, utilizadas para crear una máquina, un proceso o un sistema, que realicen un funcionamiento por si solo.

Automatismos industriales

El ingenio humano realizo maquinas, que ejecutan un trabajo de forma automática, bombas de agua utilizando el viento como fuente, las corrientes de agua para producir electricidad, mecanismos de reloj para señalar períodos, son solo algunos de estos ejemplos.

Automatismos 

Con la industrialización, se vio la necesidad, de crear métodos, para realizar circuitos automáticos, en tres principales áreas, la eléctrica, la neumática y la hidráulica.

Surgen métodos como los circuitos lógicos, que le asignan valores digitales, de 0 y 1, a las condiciones de entrada y de salida,  la tabla de verdad para representar las posibles combinaciones entre las variables de entrada, con el fin de “procesar” la información, y las ecuaciones lógicas para representar la relación entre variables.

Circuito combinatorio

Los primeros circuitos automáticos, llamados "circuitos de cableado", para diferenciarlos de los circuitos programados, estos últimos desarrollados más tarde y utilizados principalmente en los controles lógicos programables (PLC).

Son la base de los automatismos, y están divididos en 2 tipos, circuitos combinatorios (o lógicos combinacionales) y los circuitos secuenciales.

Circuito combinatorio y circuito secuencial

Los circuitos combinatorios dependen exclusivamente, de los estados de las señales de entrada.

Los circuitos secuenciales, cuentan además de las señales de entrada, con señales secundarias, como contactos de relevadores de control.

Esta señal secundaria, permite tener una especie de “memoria”, que permite mantener la salida, por ejemplo, en el diagrama anterior, una vez pulsado b, el contacto auxiliar “A” mantiene la salida activa “1”.

Adaptación de señales en la automatización industrial

La adaptación de señales en la automatización industrial, tiene como base al relevador de control, para comunicar dispositivos.

Adaptación de señales en la automatización industrial

Los primeros grandes “automatismos” de las máquinas de trasferencia (transfer), utilizadas en las líneas de producción industrial, utilizaban una gran cantidad de relevadores de control (control relays).

Multiplicación de la información automática

La condición de una variable de entrada, por ejemplo, de un interruptor de limite, se multiplica con un relevador de control,  estableciendo condiciones de funcionamiento.

El relevo de la información

La  llegada de técnicas como los circuitos digitales, circuitos lógicos, entre otros, vio en el relevador de control, el multiplicar las señales, para informar a diferentes dispositivos una condición de entrada.

Asignarle del valor de un 1, para indicar que un interruptor de limite es activado, y un cero cuando este, estaba en reposo, trasmitiendo ese valor a la bobina y los contactos del relevador de control electromagnético.

Señalización mecánica del estado lógico digital del relevador

Los relevadores de control, hacían una especie de etapa intermedia, también llamada “interfaz”, en la cual se podía manejar señales pequeñas en voltaje y corriente a la entrada, para después tener salidas grandes,  para conectar o desconectar, a grandes motores eléctricos.

Conociendo el diagrama, y viendo en el tablero de control, podíamos conocer el estado de un interruptor de limite si es 0 o 1.

Módulo de interfaz

Los avances tecnológicos, permitieron crear relevadores más pequeños, con señalización de estado tipo LED (Diodos Emisores de Luz).

Relevador de interfaz delgados

 La era electrónica, trajo los modernos los Controladores Lógicos Programables, PLC., y el relevador de Interfaz se adaptó, para seguir representando a los modernos sensores e interruptores de limite.

Los interruptores de proximidad de 3 hilos

 Los interruptores de proximidad de 3 hilos, tienen un diseño activo, incorporan circuitos electrónicos alimentados, para detectar objetos sin contacto.

Los interruptores de proximidad de 3 hilos

La automatización industrial se enriqueció, con la llegada de la electrónica.

Los interruptores de proximidad, sustituyen a los interruptores de límite, con ventajas, ya que no se desgastan, debido a que el contacto físico no existe, tampoco hay contactos eléctricos en movimiento, son de estado sólido.

Sobresalen también por su frecuencia de conmutación, su capacidad para trabajar en ambientes agresivos y  en espacios muy pequeños.

Sensores a 3 hilos

 Los sensores, hacen la función de los sentidos, ver, oír, oler, sentir e incluso detectar sabores, los interruptores de proximidad en su cara tienen un circuito sensor.

Al ser el circuito sensor, el más importante, es común llamar a un interruptor de proximidad, simplemente como un sensor.

Aunque existen sensores de 2 o varios conductores, sobresale un grupo importante que utiliza 3 conductores,  y que para trabajar, requiere estar siempre alimentado.

Interruptor de proximidad activo

Los elementos electrónicos, como el transistor, son la base de los actuales dispositivos de control de estado sólido.

Pequeñas piezas de material semiconductor, pasaron de integrar circuitos discretos (con elementos separados), a circuitos integrados (chips en español), y varios circuitos electrónicos miniatura integrados formaron un microchip.

Interruptor de proximidad inductivo

Los circuitos al interior del interruptor de proximidad (microchip), son complejos, incluyen osciladores, amplificadores, eliminadores de interferencias y señalizadores de estado, todos ellos dentro y sellados, para evitar su manipulación.

Para que realice su función el interruptor de proximidad moderno, es necesario que esté alimentado de energía eléctrica, esta es la razón de que el interruptor de proximidad se le llame activo, "está vivo", es decir tiene tensión.

Conmutación electrónica en la automatización industrial

 La conmutación electrónica en la automatización industrial, cuenta con dispositivos capaces de detectar sin contacto físicos, rápidos en respuesta, y capaces de trabajar en lugares desfavorables.

Conmutación electrónica en la automatización industrial

Los interruptores de proximidad, son sensores sin contacto, y suelen ser utilizan en lugar de los interruptores de limite.

Son producto de la electrónica, tienen un circuito sensor, que utiliza una variable física, como la inductancia o la capacitancia, el campo magnético, el ultrasonido, la luz, entre otros, para provocar un cambio, en su circuito de conmutación transistorizado.

Interruptor de proximidad 

Los interruptores de proximidad, tiene un circuito sensor, que detecta sin contacto físico, la presencia o ausencia de un objeto, e interactuar con un circuito de conmutación, que realiza una función específica como interruptor (on/off).

Fue en 1958, la invención del primer sensor del tipo inductivo la hazaña la realizo la empresa alemana Pepperl + Fuchs, hoy en día es una empresa líder en automatización,  y cuenta, que inicio como una tienda de reparación de radios. 

Símbolos simples del interruptor de proximidad

Los interruptores de proximidad, pueden tener 2 conductores (técnicamente llamados también hilos), o más, los mas populares tienen 3 hilos.

Los símbolos simples, nos permiten leer (como eléctricos) un diagrama, la llegada de la electrónica, obligo a los eléctricos, ha adquirir variados conocimientos.

Conocimientos tales como, que hay 2 tipos de transistores NPN y PNP., y que para trabajar  como interruptor, necesitan de una fuente de corriente continua, CC

Cabe resaltar que no se requiere la información, para reparar un sensor, sino para profundizar y aprovechar correctamente sus características del interruptor de proximidad.

 Diagramas de interruptor de 3 hilos

Con el fin de ilustrar al sensor de proximidad inductivo, capaz de detectar materiales ferrosos (Fe), la Comisión de Electrotécnica Internacional (IEC),  añade varios símbolos, para representar a este dispositivo.

.- el diamante que indica que es un sensor de proximidad

.- Fe para señalar que es inductivo

.- un transistor según uno de los tipos (NPN o PNP)

.- un interruptor según su tipo (normalmente abierto o normalmente cerrado).

Símbolos para representar al Interruptor de proximidad

Los sensores, vinieron a sustituir a los interruptores de límite, en lugares donde para ellos, es imposible trabajar, ya que se requerirían en espacio muy pequeños, o con la existencia de agentes agresivos como ácidos.

La conmutación electrónica, enriqueció la automatización, no solo en la conmutación, también la comunicación, y el manejo de datos (la informática y computación), dio como resultados controles más seguros e “inteligentes” señalarían algunos.

Conmutación básica en la automatización industrial

 La conmutación básica en la automatización industrial, ha contado con 2 dispositivos para detectar la posición de objetos. El interruptor de limite y el microinterruptor.

Conmutación básica en la automatización industrial

En los primeros circuitos del control de máquinas y de la automatización industrial, solo se utilizaron detectores de posición, de contacto físico.

 Aún se continúan realizando esta importante tarea, por interruptores de límite y los microinterruptores, instalados ocultos para no ser activados de manera accidental.

 Hay tres principales diferencias entre ellos, su estructura, su aplicación y su principio de funcionamiento.

El micro interruptor y el interruptor de límite

La estructura de los microinterruptores es sencilla un cuerpo, del que sale el órgano de mando, al que se le puede aplicar una relativa fuerza pequeña, para que realice la función de conmutación (el cambio de estado de los contactos).

En la estructura de los interruptores de limite, se diseña para entornos industriales, por lo que se utilizan diversos materiales (plásticos o metálicos), y puede ser sellada o abierta, esta última con acceso a su bloque de contactos.

Conmutación básica 

Los microinterruptores tienen aplicación en equipos más cercanos a nosotros, tales como, electrodomésticos y equipos comerciales, juguetes, maquinitas y herramientas de mano.

En cambio los interruptores de limite, se encuentran en ámbitos industriales.

Aplicación del interruptor de límite

Los micro interruptores sus contactos tienen configuración de forma C, una terminal común a un contacto cerrado y un contacto abierto.

Conmutación de forma C

Las terminales del interruptor de limite están en un bloque de contactos, sus contactos están separados (1 NC y 1 NO).

Los conductores eléctricos, se conectan a las terminales del bloque de contactos, por medio de tornillos, para evitar  falsos contactos.

Conmutación industrial

En el estudio de la conmutación industrial, incluye el comportamiento del bloque de contactos,  un contacto con respecto a otro contacto, y se representan con diagramas de barras.

 El accionador de los interruptores de límite, puede ser intercambiable o ajustable, la cabeza pueden girar 90 grados, los que los hace muy versátiles.

Micro Switch

Micro Switch es un término comercial estadunidense, que se le da a un grupo específico de interruptores básicos miniatura, con variados diseños y aplicaciones.

Micro Switch

El primer micro interruptor de este tipo, fue inventado por Phillip Kenneth McGall en 1932, cuando trabajaba en Burgess Battery Company.  En 1937 su empleador (WB Schulte) fundo la empresa MICRO SWITCH,  y desde 1950 la propietaria de la empresa y de la marca es Honeywell Sensing Control.

Es un interruptor pequeño, que se activa rápidamente, aplicandole una fuerza mínima.

Micro interruptores marca Honeywell

Se fabrican millones de micro interruptores, para ser utilizados en diversas áreas productivas, tan diversas como la aeroespacial o la doméstica.

Tienen capacidad de realizar millones de operaciones mecánicas.

Su uso principal es para detectar presencia, y se encuentran en múltiples dispositivos, tales como, el interruptor de flotador, el interruptor de flujo, en armarios de control de motores y en interfaz en funciones auxiliares en sistemas de control. 

Micro interruptor marca Honeywell serie V19

Suelen tener tres terminales, común ( Common COM), normalmente abierto (Normally Open NO)  y normalmente cerrado (Normally Closed NC)

El micro interruptor puede ser utilizado donde se requiere una alta sensibilidad y capacidad de respuesta rápida.

 Un ejemplo de su uso cercano, es para detectar y garantizar que la puerta de un horno de microondas permanezca cerrada durante el funcionamiento.

Diagrama eléctrico del micro interruptor

El micro switch se denominan también como interruptor básico, por estar presente prácticamente en todos lados.

En el norte de México es común, llamarlo simplemente “Micro”.

Interruptor de límite con actuador bigote de gato

 El interruptor de límite con actuador bigote de gato, se utiliza para detectar con alta flexibilidad, un objeto o la posición de una pieza móvil.

Interruptor de límite con actuador bigote de gato

Al detector de las piezas móviles u objetos de los interruptores de límite, se le nombra actuador, existen 4 tipos de actuadores básicos, que dan origen a miles de tipos de interruptores de límite.

Interruptor de límite básicos 

Hay uno que tal vez, el que nos resultaría extraño, por su peculiar nombre, el tipo bigote.

El interruptor de límite del tipo bigote de gato, tiene una varilla larga de acero inoxidable, que hace la función de palanca oscilante. Muy sensible al tacto, y es capaz de detectar pequeños movimientos con acción multidireccional.

 Algunos fabricantes definen su actuar, por movimiento omnidireccional (en toda dirección).

Limit switch, Cat whisker

La varilla se dobla al contacto con un objeto, y activa los contactos al interior del interruptor, el retorno del “bigote de gato” se da cuando la varilla deja de hacer contacto con la pieza, provocando el estado inicial de los contactos.

El regreso a la posición inicial, se da por su gran flexibilidad, en su parte inferior, termina en resorte.

Activación del interruptor de límite bigote de gato

En trabajos con entornos industriales, su sensibilidad le permite ser utilizado en brazos robóticos, y su flexibilidad en trasportadores, y en el monitoreo de puertas de protección, como en carruseles de ordeña.

Variabilidad de puntos de contacto, del interruptor de limite bigote de gato

El interruptor de límite de bigote de gato, puede detectar objetivos dentro un rango flexible, cuando los puntos de contacto pueden el cambiar de ubicación, gracias por ejemplo a diferentes pesos de producto.

El interruptor de pedal doble, con botón de parada de emergencia

 El interruptor de pedal doble, con botón de parada de emergencia, es un dispositivo de control, que permite operar maquinaria o equipo, sin usar las manos, y con alto grado de seguridad.

El interruptor de pedal doble con botón de parada de emergencia

Este dispositivo de control, tiene aplicaciones principalmente en la operación de máquinas de la industria metal mecánica.

Puede ser trasladado a diversos puntos de operación, ya sea para ser utilizado, cerca de las piezas de ajuste, o bien permitir el paso del material con facilidad.

Partes del interruptor de pie doble con botón de parada de emergencia

Su diseño permite que el operador, trabajar con comodidad, sin necesidad de agacharse, evitando un sin número de accidentes.

 Las cubiertas de seguridad de los pedales, evitan la activación accidental, incluso por tropezones o por caída de material sobre ellos.

Tiene doble seguridad, en la parte superior del soporte, cuentan con un botón de pulsador, que se debe desbloquear, para permitir el funcionamiento, o bien puede ser utilizado, como paro de emergencia.

Aplicación del interruptor de pedal doble con botón de parada de emergencia

Es un dispositivo móvil, que se traslada a sitios que faciliten la visibilidad y operación de la máquina.

Como ejemplo., un pedal puede ordenar el arranque, y el otro el paro de una máquina, mientras con las manos, pueden ser utilizadas, para guiar un tubo.

Control de motor hidráulico con interruptor de pedal doble con botón de parada de emergencia

A manera de ejemplo; Una roladora es una máquina herramienta utilizada para curvar y dar forma a materiales como láminas de metal, tubos y perfiles, convirtiéndolos en objetos curvos, tubos o estructuras específicas.

El material conformado, suele pasar entre el operador y la máquina, por lo que el control con seguridad es de suma importancia, es allí.  donde, el interruptor de pedal doble con botón de paro de emergencia, tiene su aplicación.