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Neumática: Tema 9
Diagramas de Funcionamiento. Diseño de circuitos
por método anulación señales permanentes.
Sistemes Oleohidràulics i Pneumàtics
Código 372
Ingeniería Industrial. 5º CursoIngeniería Industrial. 5º Curso
Área Mecánica de Fluidos.
Universitat Jaume I
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Diagramas de funcionamiento.
Tema 9: Diagramas de funcionamiento.
DISEÑO DEL DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO
El diagrama de funcionamiento de un circuito neumático o electroneumático se emplea
para representar la secuencia de movimientos que tendrá cualquier elemento de trabajo del
mismo (cilindro, motor, etc.), así como también la de los elementos de mando que intervienen en
la secuencia (pulsadores, captadores de información, etc.).
En general, cuando se trata de circuitos en los que interviene un solo elemento de
trabajo, por ejemplo un cilindro, el diagrama de funcionamiento no es tan necesario, a menos que
existan fases en que deba variar el tiempo de avance o retroceso del vástago y deseen reflejarse
estas particularidades sobre el diagrama.
En donde sí se hace necesario el diagrama de funcionamiento es en aquellos circuitos
en donde ya intervienen dos o más elementos de trabajo. Con él, es posible conocer en cualquier
instante del ciclo secuencial el estado de los distintos elementos de trabajo y de mando del circuito,
lo que facilita en gran manera su estudio, como por ejemplo la localización de la coincidencia de señales sobre los dos pilotajes de una misma válvula biestable.
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Diagramas de funcionamiento.
Tema 9: Diagramas de funcionamiento.
El diagrama de movimiento Puede estar formado por uno de los siguientes diagramas:
• Diagrama de espacio-fase
• Diagrama de espacio-tiempo
El diagrama de funcionamiento reúne en uno sólo a los dos diagramas vistos con anterioridad, es
decir el diagrama espacio-fase o el diagrama espacio-tiempo con el diagrama de mando.
Para su representación se indicará en primer lugar y de arriba hacia abajo el diagrama espacio-
fase o el diagrama espacio-tiempo correspondiente a los elementos de trabajo. A continuación y
debajo de aquel se representará el diagrama de mando indicando en primer lugar la válvula de
puesta en marcha del ciclo y a continuación los captadores de información o válvulas de
accionamiento mecánico que son las que establecerán los cambios de fase.
Diagrama de mando
El diagrama de mando se utiliza para representar el estado de actuación o conexión de los distintos
elementos de mando.
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Diagramas de funcionamiento.
Tema 9: Diagramas de funcionamiento.
También se llama diagrama de proceso y en él se representan los movimientos o estados de
los elementos de trabajo en función de las fases o pasos del ciclo o programa, por ejemplo:
vástago del cilindro saliendo o entrando, sin tener en cuenta el tiempo que tarda en efectuar
estas operaciones.
Para su representación se tendrán en cuenta los siguientes puntos:
Diagrama de espacio - fase
a) Cada elemento de trabajo tendrá representado
su propio ciclo.
b) Los ciclos de los distintos elementos de trabajo
serán representados uno a continuación de
otro y de arriba hacia abajo.
c) Se dibujan dos líneas horizontales y paralelas para cada elemento de trabajo. La
distancia entre ellas se considera como el “Espacio” entre la posición del vástago
completamente retraído y extendido, o también, el espacio o camino recorrido por el
vástago (carrera). Esta distancia no se representa a escala sino con una magnitud igual
para todos los elementos de trabajo, independientemente de su carrera.
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Diagramas de funcionamiento.
Tema 9: Diagramas de funcionamiento.
Para cada elemento de trabajo siguiente se dibujan dos nuevas
líneas paralelas debajo de las anteriores, separadas por una
distancia menor a la empleada para los pares de líneas anteriores,
pero suficiente para que el diagrama quede claro y legible
Las líneas paralelas anteriores se cortan por líneas
perpendiculares a las mismas y equidistantes. Cada línea vertical
se considera como una “Fase” o “Paso” del ciclo (se considera una fase o paso a la línea del diagrama donde tiene lugar la modificación del estado de un elemento de trabajo o de un componente de mando), numerándose a partir de 1 desde la
izquierda
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Diagramas de funcionamiento.
Tema 9: Diagramas de funcionamiento.
En la fase a partir de la cual el ciclo vuelve a repetirse,
por ejemplo en la 5 anterior, se coloca 5=1
En la parte izquierda y entre cada dos líneas paralelas
de mayor anchura se indica el código de identificación
del elemento de trabajo considerado, por ejemplo
“Cilindro 1A", “Cilindro 2A", etc., o simplemente 1A,
2A, etc..., también es conveniente colocar junto a lo
anterior la función del elemento de trabajo (por
ejemplo, sujeción, estampado, etc.).
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Diagramas de funcionamiento.
Tema 9: Diagramas de funcionamiento.
En la línea superior de las dos que
representan a un elemento de trabajo
se anota vástago expandido o bien 1,
mientras que en la línea inferior se
indica vástago retraído o bien 0.
El desarrollo del ciclo de cada elemento de trabajo se
representa por líneas gruesas entre fases, uniendo de forma
adecuada los puntos de intersección de las líneas que
representan las fases con las dos líneas horizontales paralelas
que cortan a las mismas líneas
En el diagrama espacio-fase se puede comprobar que de la fase 1 a la fase 2 el cilindro 1A (sujeción)
va desde su posición retraída a su posición de extendido la cual alcanza en la fase 2. En ese instante
el cilindro 2A (estampado) efectúa la misma operación desde la fase 2 a la fase 3, siguiendo el 1A en
la posición de extendido. En la fase 3, el cilindro 2A va desde su posición extendida a la posición
retraída la cual que alcanza en la fase 4. En ese instante se inicia la entrada del cilindro 1A, que
finaliza en la fase 5, en cuyo instante los dos cilindros vuelven a estar en la situación de la fase 1.
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Diagramas de funcionamiento.
Tema 9: Diagramas de funcionamiento.
El diagrama espacio-fase es aconsejable emplearlo para representar ciclos secuenciales controlados por el propio proceso, en los que normalmente el tiempo no interviene en su
desarrollo o bien tiene una importancia secundaria.
Si los elementos son rotativos pueden
representarse con este tipo de esquema
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Diagramas de funcionamiento.
Tema 9: Diagramas de funcionamiento.
• En el diagrama se indica con flechas que relacionan quien produce la señal con quien la recibe.
• Hay veces en que el movimiento produce señales que afectan a otros elementos o a si mismo.
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Diagramas de funcionamiento.
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Diagrama espacio-tiempo
A diferencia del diagrama de espacio-fase, en el
diagrama espacio-tiempo, el eje de las abscisas es
ahora la variable tiempo y el periodo de tiempo que dura
cada fase puede variar, por lo que las líneas verticales
ya no serán equidistantes entre sí al tener que
considerar ahora el tiempo que tarda por ejemplo el
cilindro en hacer su recorrido de avance o de retroceso.
Para la construcción de este diagrama se debe tener
claro el tiempo que dura cada fase para cada uno de los
elementos y representarlo en una escala de tiempo que
debe aparecer en la parte inferior.
En la figura, el cilindro 1A va de la fase 1 a la 2 con una velocidad de avance que puede considerarse
normal, tardando 6 segundos en salir su vástago. A continuación de la fase 2 a la 3 sale el vástago del
cilindro 2A con una velocidad de avance que se considera lenta, al tardar 8 segundos. De la fase 3 a la
4 se mantienen extendidos los vástagos de 1A y 2A por 4 segundos. Finalmente de la fase 4 a la 5 se
retrae el vástago del cilindro 2A con una velocidad de retroceso que le lleva un tiempo de 6 segundos
en retraerse totalmente. Luego entre las fase 5 y 6 se retrae el cilindro 1A en un tiempo de 8 segundos.
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Diagramas de funcionamiento.
Tema 9: Diagramas de funcionamiento.
Diagrama de mando
El diagrama de mando se utiliza para representar el estado de actuación o conexión de los
distintos elementos de mando o conmutación en función de la fase o del tiempo, según se
trabaje con el diagrama espacio-fase o espacio-tiempo.
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Diagramas de funcionamiento.
Tema 9: Diagramas de funcionamiento.
Ejemplo
Abajo se indica el diagrama de funcionamiento para el accionamiento de un cilindro de doble efecto
actuado por una válvula 5/2 con accionamiento neumático (biestable). El vástago del cilindro debe salir
al actuar una válvula 3/2 de accionamiento manual (monoestable) y debe regresar al ser actuada una
válvula 3/2 de accionamiento mecánico por una leva fijada al vástago.
Se observa que en la fase 1 se da un impulso momentáneo
a 1S1, de una duración tal que no llega a estar activada en
la fase 2. Con ello se envía señal de pilotaje 14 de 1V que
cambia su posición. El vástago de 1A inicia su carrera de
avance en la fase 1 hasta acabar en la fase 2.
Antes de alcanzar la fase 2 se activa a 1S2 que envía una
seña, al pilotaje 12 de 1V que cambia su posición.
El vástago de 1A inicia su carrera de retroceso en la fase 2 terminando en la fase 3. Unos instantes
más tarde de la fase 2 es desactivada 1S2 por la leva del vástago.
Si la acción manual sobre 1S1 se prolonga excesivamente puede ocurrir que el vástago de 1A no inicie
su carrera de retroceso y no regrese a su posición de reposo puesto que la válvula biestable 1V se
encontraría con señal en sus dos pilotajes 12 y 14.
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Diagramas de funcionamiento.
Tema 9: Diagramas de funcionamiento.
Ejemplo
Circuito en el que un cilindro ( 1A ) empuja y sujeta una pieza mientras que el cilindro 2A estampa la
pieza.
Disposición de los elementos según el principio de representación de la cadena de mando (señales de
abajo hacia arriba); así como los códigos de identificación que se utilizarán para confeccionar los
diagramas.
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Diagramas de funcionamiento.
Tema 9: Diagramas de funcionamiento.
La válvula de accionamiento manual 1S1 inicia el ciclo saliendo el vástago de sujeción 1A, con un
impulso momentáneo.
El accionamiento de 1S2, al final de la carrera de avance de 1A, origina la salida del vástago del cilindro
de estampado 2A. Su captador de información 2S2 da la señal para que el mismo vástago de 2A inicie
la carrera de retroceso.
El nuevo accionamiento de 2S1 por el vástago de 2A da lugar a la entrada del vástago de 1A
finalizando así el ciclo descrito en el diagrama de funcionamiento. Se supone que la válvula 1S1 ha
dejado de accionarse para que 1V no tenga señal en su pilotaje opuesto.
En la siguiente tabla se muestra la interpretación del diagrama espacio-fase:
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Diagramas de funcionamiento.
Tema 9: Diagramas de funcionamiento.
Sobre el diagrama espacio-fase se añade el diagrama de mando
obteniendo el Diagrama Funcionamiento.
En él se refleja el estado de los cilindros 1A y 2A, del pulsador de
puesta en marcha 1S1 y de los captadores de información 2S1,
1S2 y 2S2 en cada una de las fases del ciclo.
Se puede observar que en la fase 1, y si se acciona a 1S1,están
a 1 las señales de 1S1 y 2S1 que actúan sobre los dos pilotajes
12 y 14 de 1V, respectivamente, por lo que no podrá iniciarse el
ciclo.
Es necesario eliminar de alguna forma la señal que proporciona
2S1 si se quiere iniciar la puesta en marcha del ciclo.
Lo mismo ocurre en la fase 3 con 1S2 y 2S2 cuyas señales
actúan sobre los dos pilotajes 12 y 14 de 2V. Será pues
necesario eliminar la señal 1S2 si se desea que 2S2 invierta la
posición de la válvula 2V.
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Diagramas de funcionamiento.
Tema 9: Diagramas de funcionamiento.
Cuadros de secuencia.
Hay otra forma esquemática de representar el funcionamiento del circuito, se trata de una representación
simplificada.
Este sistema permite la descripción metódica pero
elemental de un automatismo, ya que hace
referencia a los movimientos de la máquina en
cuanto al orden en que se suceden. Por ejemplo:
– Un cilindro que se mueve en el sentido de salir el
vástago, decimos que va a+.
– Un cilindro que se mueve en el sentido de entrar el
vástago, decimos que va a-.
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En el sistema de la figura anterior se representan los componentes neumáticos
necesarios para implementar un sistema de estampado. En ella se puede observar que toda la
operación depende principalmente del cilindro “A”, el cual se encarga de desplazar en sentido
vertical la plancha de estampado hacia la pieza “v” que se encuentra sujeta mediante una mordaza
neumática accionada por el cilindro “B”. Para entender cabalmente el funcionamiento de este
sistema, debe realizarse el ciclo siguiente:
– Cerrar mordaza, fijando la pieza.
– Avanza plancha de estampado.
– Retrocede plancha de estampado.
– Abrir mordaza.
Con el sistema simplificado se podrá escribir el anterior ciclo diciendo:
B+ A+ A– B–
Esta descripción del funcionamiento del sistema adolece de no precisar ni permitir comentarios
suplementarios para comprender aún más cómo funciona, no se sabe como comienza el ciclo
(manual o automático), no se conoce de seguridades existentes en el mecanismo, no se tiene
noción de qué ocurre cuando se acaba el ciclo. Sin embargo, sí permite hacerse una idea general
del ciclo e identificar los puntos en los cuales pueden existir órdenes contrarias.
Diagramas de funcionamiento.
Tema 9: Diagramas de funcionamiento.
-4
-3
+2
+1
BA
ActuadorEtapa
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Diseño de circuitos por método de anulación de señales permanentes.
Tema 9: Diagramas de funcionamiento.
A la hora de diseñar un circuito neumático existen dos vías:
• Método Intuitivo: el método seguido hasta ahora en el que, sin descartar una cierta sistemática, se basa en la experiencia y la intuición del diseñador. Para circuitos similares a otros conocidos, o mas
o menos simples es bastante útil.
• Métodos sistemáticos
• Anulación de las señales permanente
• Método de cascada ( conexión de memorias en cascada )
• Método secuenciador ( conexión de memorias paso a paso )
En este segundo grupo se incluiría todos los métodos que incluyan una metodología mas
o menos sistemática de diseño que elimine o minimice la influencia del diseñador. El problema de
estos métodos es que es necesario un gran conocimiento técnico y una cierta experiencia.
Diseño de circuitos por método de detección de señales permanentes.
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Diseño de circuitos por método de anulación de señales permanentes.
Tema 9: Diagramas de funcionamiento.
En este tema nos centraremos en el método de Anulación de las Señales Permanente, el cual nos dará la base para describir el resto de métodos en el siguiente tema.
Lo que haremos es seguir una seria de etapas para el diseño de un circuito. La parte mas
importante en este y otros métodos es la selección de los mandos de control que actúan sobre
las válvulas que accionan los elementos de trabajo. Esto encaja con la eliminación de señales
permanentes, ya que el método se basa en eliminar las señales permanentes que quedan en un
elemento al ser actuado, ya que en un único elemento, por ejemplo una válvula, no podrán
actuar dos presiones a la vez en ambos lados. Como en la mayoría de los sistemas neumáticos
los mandos actúan por recorrido, será este el que más implicaciones tenga.
Lo que se suele hacer es plantear el diagrama de movimientos en función de los elementos
del sistema y de sus funcionalidades.
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Diseño de circuitos por método de anulación de señales permanentes.
Tema 9: Diagramas de funcionamiento.
Paso 1: Definir el diagrama de movimientos
Se define en función de los elementos y sus funciones un diagrama, lo más aproximado posible,
de funcionamiento, incluyendo las señales entre elementos de trabajo.
Paso 2: Definir los elementos necesarios
Hay que definir que elementos trabajarán, que elementos de mando y que elementos de control,
y disponerlos en un diagrama que sea sencillo de visualizar.
Paso 3: Empalmar conductos y numerar elementos
Se hace un primer empalme de los conductos tal y como deberían funcionar, haciendo hincapié
en la forma de controlar los elementos de trabajo.
Paso 4: Estudiar el diagrama funcional
Estudiar el diagrama funcional para determinar que clase mandos será necesario utilizar.
Paso 5: Considerar el tipo de accionamiento de las señales
Se estudian las posibles incompatibilidades y se rediseñan los mandos, añadiendo nuevos
elementos si fuera necesario para las facetas de control.
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Diseño de circuitos por método de anulación de señales permanentes.
Tema 9: Diagramas de funcionamiento.
Diseño Anulación de Señales Permanentes
Ejemplo 1
Paso 1: Definir el diagrama de movimientos
Los paquetes que llegan sobre un tren de rodillos han de quedar
levantados por un cilindro neumático y empujados sobre otro tren
mediante un segundo cilindro. El retorno del cilindro B no debe
realizarse hasta que el cilindro A haya alcanzado la posición final
trasera. La señal de arranque ha de ser emitida por un pulsador
manual para cada ciclo de trabajo.
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Diseño de circuitos por método de anulación de señales permanentes.
Tema 9: Diagramas de funcionamiento.
Paso 1: Definir el diagrama de movimientos
Elementos de trabajo
Elementos de control
Elementos de mando
Paso 2: Definir los elementos necesarios
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Diseño de circuitos por método de anulación de señales permanentes.
Tema 9: Diagramas de funcionamiento.
Paso 3: empalmar conductos y numerar elementos Paso 4: Estudiar el diagrama
funcional
Aparentemente todo está bien, pero si el pulsador
1.2 se mantiene pulsado mas allá de que la
válvula 1.3 actúa, habrá problemas de
interferencia de señales
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Diseño de circuitos por método de anulación de señales permanentes.
Tema 9: Diagramas de funcionamiento.
Paso 5: Considerar el tipo de accionamiento de las señales
Válvula actuada en
posición de partida.
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Diseño de circuitos por método de anulación de señales permanentes.
Tema 9: Diagramas de funcionamiento.
Con la mejora de la inclusión de un bloqueo para 1.2 para un pulsador 1.4 que garantiza
que no funcionará 1.2 mientras que 1.4 no esté activado, es decir, el cilindro B en la posición inicial.
Válvula actuada en
posición de partida.
Válvula actuada en
posición de partida.
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Diseño de circuitos por método de anulación de señales permanentes.
Tema 9: Diagramas de funcionamiento.
Ejemplo 2
Paso 1: Definir el diagrama de movimientos
Dos piezas ha de quedar unidas con un remache en una prensa parcialmente automatizada.
Las piezas y el remache se colocarán a mano, retirándose la pieza acabada también a
mano después del proceso de remachado. La parte automatizada del ciclo consiste en el
agarre y sujeción de las piezas (cilindro A), así como el remachado (cilindro B) y, previo
pulsado de un botón de marcha, ha de realizarse la operación hasta volver a la posición de
partida.
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Diseño de circuitos por método de anulación de señales permanentes.
Tema 9: Diagramas de funcionamiento.
Zonas de posible inconsistencia. Hay que anular
las señales para que pueda funcionar. EL cilindro
B da la señal 1.3 al A para indicar que a acabado
el ciclo y que vuelva al estado inicial. Cuando
volvamos a pulsar 1.2 para inicial el ciclo 1.3 se
debe anular sino no funcionara.
Zonas de posible inconsistencia. Hay que anular las
señales para que pueda funcionar. Se ha de anular
2.2 para que al llegar a 2.3 el cilindro pueda volver
hacia atrás.
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Diseño de circuitos por método de anulación de señales permanentes.
Tema 9: Diagramas de funcionamiento.
Solo da señal en un sentido
Una posible solución para evitar las zonas de
coincidencia de señal es utilizar un anulador de
señal que en este caso pueden ser válvulas de
rodillos abatibles.
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Diseño de circuitos por método de anulación de señales permanentes.
Tema 9: Diagramas de funcionamiento.
EL funcionamiento del temporizador es el siguiente. Cuando 2.2 es
activado alimenta a la válvula superior que deja pasar la presión hasta el
cilindro B actuándolo, pero a la vez empieza a alimentar al temporizador
que paso un cierto tiempo tiene suficiente presión como para pilotar la
vávula y deactivar el paso de presión hacia el cilindro
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Diseño de circuitos por método de anulación de señales permanentes.
Tema 9: Diagramas de funcionamiento.
Se trata de una máquina para conformar chapa de aluminio, tal y como muestra la figura, y compuesta de
tres cilindros neumáticos de doble efecto que funcionan de forma secuencial, con arreglo al cuadro que se
muestra.
Tal y como se aprecia en el cuadro de secuencia, primero avanza el vástago del cilindro alimentador (A); a
continuación se produce el conformado mediante el avance del vástago del (B), que vuelve
inmediatamente a la posición de reposo. Retrocede después el vástago del (A) y, para terminar, el cilindro
( C ) actúa expulsando la pieza del útil y después retrocede el vástago a su posición inicial.
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Tema 9: Diagramas de funcionamiento.
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Tema 9: Diagramas de funcionamiento.
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Diseño de circuitos por método de anulación de señales permanentes.
Tema 9: Diagramas de funcionamiento.
Por tanto, se han visto dos formas de anular las señales permanentes. La primera
utilizando válvulas de rodillos abatibles o escamoteables ( que actúan en una única dirección ) y por
otra, con la utilización de temporizadores neumáticos. Los primeros son más económicos, llevan
menos elementos. Los segundos poseen la ventaja de poder colocarlos en cualquier punto del
circuito. Otra ventaja es que incluso en movimientos rápidos o carreras corta se puede detectar con
exactitud, disponiendo de una señal que pueda ser utilizada para procesos posteriores.
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Anotaciones
Tema 9: Diagramas de funcionamiento.