I. Dispositivo para doblar

En la presente práctica los sistemas neumáticos a construir son mediante el método de paso a paso mínimo, de los dos problemas que a continuación se plantean:

Con un útil accionamiento neumático han de doblarse piezas de chapa. Sujeción de la pieza mediante el cilindro de doble efecto A. Primer doblado por la acción de un cilindro de doble efecto B y segundo doblado por un cilindro igual C. Los cilindros de doblar B y C deben mantenerse en la posición final delantera por un tiempo determinado. El ciclo se inicia accionando un pulsador de marcha. La única condición es:

El cilindro de doblar B debe de salir cuando el cilindro de sujeción A haya alanzado la posición final delantera.

El esquema de este problema puede observarse en la figura 1.

Figura. 1 Esquema general del dispositivo para doblar.

Interpretando la información, obtuvimos las siguientes conclusiones que debemos tomar encuentra para la elaboración de este primer circuito neumático con método de paso a paso mínimo:

Es posible apreciar que todos los cilindros comienzan y terminan dentro.

Cilindro A

Cilindro C

Cilindro B

La utilización de dos temporizadores es fundamental para mantener la posición final delantera de los cilindros B y C.

El cilindro A es el primero en salir y el último en regresar, ya que es el que permite la sujeción de la pieza.

Los cilindros B y C deben salir y regresar de forma consecutiva, debido a que los vástagos de ambos cilindros pueden llegar a chocar.

Solo es necesario un botón pulsador para activar el circuito en un ciclo único a la vez.

Acordando con las conclusiones anteriores, y considerando las posiciones iniciales de los cilindros es posible deducir la ecuación de movimiento:

A+ B+ B- C+ C- A- (1)

Como el sistema neumático debe ser elaborado mediante el método de paso a paso mínimo, se prosiguió a dividir la ecuación en grupos, la cual resultó de la siguiente forma:

A+ B+ | B- C+ | C- A- (2)

La ecuación de movimiento se dividió en 3 grupos, y con esto es posible deducir ciertas características que deben existir en el circuito neumático:

Se utilizaran 3 válvulas 3/2 biestables y 3 válvulas AND para el mando de control, debido a que es el número de grupos. Además, se emplearán 3 válvulas 5/2; una por cada cilindro de doble efecto.

Ningún sensor correspondiente a cada uno de los cilindros deberá ser activado más de una vez.

El temporizador que hará que el cilindro B se mantenga en la posición final delantera debe ser colocado entre la salida del sensor B1 y la entrada de la segunda válvula AND del mando de control, antes de realizar el cambio del grupo 1 al 2.

El temporizador que hará que el cilindro C se mantenga en la posición final delantera debe ser colocado entre la salida del sensor C1 y la entrada de la segunda válvula AND del mando de control, antes de realizar el cambio del grupo 2 al 3.

Simulación

Una vez planteadas las funciones que describen el comportamiento de los actuadores, se realizó la simulación del circuito neumático utilizando el software FESTO FluidSIM. El circuito se muestra en la figura 2.

4 2

5

1

3

4 2

5

1

3

4 2

5

1

3

A0 A1 B0 B1 C0 C1

2

1 3

C0

2

1 3

A1

2

1 3

B0

1

1

2

2

1 3

1

1

2

2

1 3

1

1

2

2

1 3

A0

2

1 3

40%

2

1

12

3

2

1 3

B1

40%

2

1

12

3

2

1 3

C1

2

1 3

Figura. 2 Diagrama del circuito del dispositivo para doblar en FluidSIM.

II. Abocardador de tubos

Este circuito se realiza un abocardado de un tubo por medio de tres pistones A, B y C, los cuales tienen una secuencia de movimiento: El pistón A sostiene el tubo contra una pared, el cilindro B permite el movimiento de bajar o subir la herramienta de corte, el cilindro C

realiza el cambio de herramienta. Se comienza con una herramienta de corte pequeña y después se cambia por una de grosor mayor. La posición inicial de cada uno de los tres pistones es adentro, como lo muestra el esquema de la figura 4.

B

A C

Figura 4. Esquema del sistema abocardador de tubos.

Al interpretar la información, se llegó a las siguientes conclusiones para la elaboración del segundo circuito neumático con método de paso a paso mínimo:

Es posible apreciar que todos los cilindros comienzan y terminan dentro. El cilindro A es el primero en salir y el último en regresar, el cilindro B sale y entra

más de una vez. Solo es necesario un botón pulsador para activar el circuito en un ciclo único a la

vez.

De acuerdo con las conclusiones anteriores, y considerando las posiciones iniciales de los cilindros se establece la ecuación de movimiento:

A+ B+ B- C+ B+ B- C- A- (3)

Como el sistema neumático debe ser elaborado mediante el método de paso a paso mínimo, se divide la ecuación en grupos, cuidando que no se repitiera alguna letra:

A+ B+ | B- C+ | B+| B- C- A- (4)

Debido a que la ecuación de movimiento se dividió en 4 grupos, es necesario aclarar ciertas características para el circuito neumático:

Se utilizaran 4 válvulas 3/2 biestables y 5 válvulas AND para el mando de control, debido a que es el número de grupos. Además, se emplearán 4 válvulas 5/2; una por cada cilindro de doble efecto.

Los sensores correspondientes al cilindro B, B0 y B1 se activan más de una vez; por ello, se deben de colocar las válvulas AND necesarias como condicionantes.

Como el cilindro B se mueve más de una vez, se requiere a las entradas de los pilotajes válvulas OR que permitan el cambio de estado de los cilindros, ya sea que se activen en un determinado grupo.

Simulación

En cuanto fueron planteadas las funciones que describen el comportamiento de los actuadores, se realizó la simulación del circuito neumático utilizando el software FESTO FluidSIM. El circuito se muestra en la figura 5.

4 2

5

1

3

4 2

5

1

3

4 2

5

1

3

1

1

2

1

1

2

1

1

2

1

1

2

2

1 3

2

1 3

2

1 3

2

1 3

2

1 3

C0

A0 A1 B0 B1 C0 C1

2

1 3

A0

2

1 3

A1

1 1

2

1 1

2

2

1 3

B0

1 1

2

1 1

2

2

1 3

2

1 3

B1

2

1 3

C1

Figura. 5 Diagrama del circuito del abocardador de tubos en FluidSIM.

.

 Método de paso a paso

El método paso a paso es una técnica para diseño de circuitos neumáticos, el cual esta basado en que para activar un grupo es necesario desactivar el grupo anterior, generando así una secuencia. Este método es más utilizado que el método de cascada, ya que cuando hay más de dos válvulas en cascada, surgen pérdidas de presión. Dichas pérdidas de presión se corrigen con el método paso a paso. Se necesita que haya tres o más grupos para que funcione, aunque se puede realizar el método con dos grupos pero se debe de agregar un grupo adicional para poder seguir con la secuencia.

Los siguientes pasos llevan a diseñar un circuito neumático de paso a paso:

1. Establecer la secuencia o sucesión de movimientos a realizar.

2. Separar la secuencia en grupos.

3. Designar cada grupo con siglas romanas.

4. Hacer la esquematización del circuito, colocando los actuadores en la posición inicial deseada.

5. Cada actuador estará controlado por una válvula 4/2 o 5/2 de accionamiento neumático visitable.

6. Debajo de las válvulas de distribución, se ponen tantas líneas de presión como grupos tenga el sistema, enumerándolas con números romanos

7. Debajo de las líneas de presión se ponen memorias (válvulas 3/2), tantas como grupos tenga el sistema. Todas las memorias comenzarán normalmente cerradas, a excepción de la válvula colocada hasta la derecha que estará normalmente abierta.

8. Las memorias van conectándose a las salidas de presión, tomando la salida única de la primera memoria y se conecta a la línea de presión I, la segunda memoria a la línea a presión II y así sucesivamente. La última memoria que es la normalmente abierta, se conectara a la última línea de presión.

9. Cada memoria (excepto la de la derecha), será pilotada por la izquierda por la línea de presión o grupo anterior al que está conectada su salida.

10. Cada memoria (excepto la de la derecha), será pilotada por la derecha por la línea de presión o grupo que debe de desactivarla.

11. La válvula de la derecha será pilotada al revés, esto quiere decir que para pilotarla por la izquierda, se debe de conectar el grupo o línea que la desactiva y para pilotarla por la derecha, se conecta el grupo o línea anterior al que esté conectada su salida.

12. Cada válvula distribuidora (4/2 o 5/2) estará pilotada por la línea de presión correspondiente a su grupo.

13. El primer grupo sólo necesita estar conectado a su línea de presión correspondiente, pero los demás grupos además de ser conectados a su línea de presión correspondiente, deben de ser conectados a la señal del grupo anterior para indicar que el movimiento del grupo anterior ha finalizado.

14. El primer movimiento de la secuencia se alimentará de la primera línea de presión y tendrá en serie el pulsador de marcha.

15. Si se repite un movimiento en la secuencia, deberá utilizarse válvulas de simultaneidad (AND) antes de la distribuidora correspondiente.

Hacer el método paso a paso con dos grupos genera un problema de entrampamiento. Ya que un grupo tendría que ser activado y desactivado por sí mismo, lo cual no es posible. Para solucionar el problema se dan dos opciones:

Utilizar el método de cascada

Crear un grupo que no realice nada, para tener los tres grupos necesarios para que funcione el método.

Grupo I: es generado por el grupo III sin final de carrera y será desactivado por el grupo II.Grupo II: es generado por el grupo I y será desactivado por el grupo III.Grupo III: es generado por el grupo II y desactivado por el grupo I.Nota: Al seguir este cambio ya se puede trabajar normalmente con los pasos dados para la realización del método paso a paso por tres grupos o más.

 Método pasó a paso simplificado

El método de paso a paso simplificado es otra herramienta para la resolución de sistemas de control neumático. Este método se basa en la aplicación de los 2 métodos vistos anteriormente: el método de paso a paso y el método de cascada. La particularidad del método de paso a paso simple es el de desglosar lo más posible los movimientos o pasos efectuados por el sistema neumático, por lo cual generalmente se utilizan una gran cantidad de válvulas de control, tantas como pasos tenga el sistema. Lo anterior garantiza que no ocurrirán entrampamientos por señales encontradas. El resultado es un sistema seguro pero complejo el cual si se llegara a implementar tal cual, podría tener un costo elevado. Con la finalidad de utilizar una menor cantidad de componentes y compactar un poco el circuito creado, el particular modo de conexión e instalación del método de paso a paso se combina con la forma de agrupar estados del método de cascada. Es decir se hace la división de grupos al igual que en el método de cascada y cada grupo será considerado como un paso. Ahora un “Paso” pude tener 2 o más estados de posición de los pistones o actuadores neumáticos.

Cómo efectuar el método de paso a paso simplificado:

1. Identificar la cantidad de pistones o actuadores utilizados. Ejemplo: pistón A, pistón B y pistón C.

2. Conocer y escribir la secuencia que se quiere realizar. Ejemplo: A-B-B+A+C-C+.

3. Al igual que en el método de cascada, agrupar los estados o pasos cuidando que una letra no se repita en cada grupo. Ejemplo: A-B-/B+A+/C-/C+

4. Reducir al menor número de grupos posibles, pasando estados que se encuentren en el último grupo al primero, siempre y cuando no se repitan componentes. Ejemplo: C+A-B-/B+A+C-

   5.  Enumerar los grupos y los sensores requeridos para realizar los movimientos de los

pistones y los cambios de grupo. Dentro de los sensores se debe incluir una condición    de

entrada (generalmente una válvula accionada con un   pulsador que permitirá el inicio de la

secuencia y que se       coloca en serie antes del sensor S0). De este modo existen 6 sensores

de final de       carrera (S0,    S1, S2, S3, S4 Y S5).

6. La manera de conectar los pasos es igual que en el método de paso a paso común, donde la transacción de un paso al otro se realiza desactivando la válvula del paso anterior. La diferencia es que el número de líneas de presión es igual al número de grupos. Se utiliza una válvula de memoria por línea de presión. En caso de utilizar este método con un sistema neumático cuya secuencia sea de 2 grupos, es necesario anexar una línea de presión extra al final, para evitar entrampamiento en la transición de grupo a grupo.

Cabe resaltar que en la secuencia se hace una separación en grupos como en el método de cascada pero las conexiones se realizan en paralelo al igual que en el método de paso a paso. Con el método paso simplificado se llevan a cabo dos acciones muy importantes las cuales nos ofrecen una gran ventaja económica tales como: Reducir el número de componentes a utilizar y evitar la pérdida de presión ya que las conexiones se realizan en paralelo.

Ejemplo de aplicación: Se quiere que 3 pistones (A, B, C) Realicen la secuencia A+ C+/B+ C-C+A- C-/B- . Utilizar el método paso a paso simplificado.

Solución:

Pistones: A, B, C.

Secuencia: A+ C+/B+ C-C+A- C-/B- .

Grupos: (A+ C+/B+) (C-) (C+A-) (C-/B-), 4 grupos

Identificar sensores: Sensores desde S0 a S7 en cada principio y fin de cada grupo, comenzando de izquierda a derecha (A+ C+/B+) (C-) (C+A-) (C-/B-) Circuito neumático:

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