lógica cableada editado

5/27/2018 L gica cableada Editado

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Universidad San Pedro - Ingeniera Industrial

Automatizacin Industrial - 2013 I 1 Ing. Richard Cruz Meza

Lgica cableada

Rack de lgica cableada con rels electromecnicos y rels temporizados electrnicos.

Lgica cableadao lgica de contactos, es una forma de realizar controles, en la que el tratamiento

de datos (botonera, fines de carrera, sensores, presstatos, etc.), se efecta en conjunto con

contactores o rels auxiliares, frecuentemente asociados a temporizadores y contadores.

En la acepcin de los tcnicos electromecnicos, la lgica cableada industrial es la tcnica de diseo

de pequeos a complejos autmatas utilizados en plantas industriales, bsicamente con rels

cableados. En la acepcin de los tcnicos en telecomunicaciones y en informtica, la lgica cableada

utiliza compuertas lgicas discretas (TTL, CMOS, HCMOS), para implementar circuitos digitales de

comunicaciones y computadores.

La lgica cableada industrial consiste en el diseo de automatismos con circuitos cableados entre

contactos auxiliares de rels electromecnicos, contactores de potencia, rels temporizados,

diodos, rels de proteccin, vlvulas leo-hidrulicas o neumticas y otros componentes. Los

cableados incluyen funciones de comando y control, de sealizacin, de proteccin y de potencia.

La potencia adems de circuitos elctricos comprende a los circuitos neumticos (mando por aire a

presin) u leo hidrulicos (mando por aceite a presin). Crea automatismos rgidos, capaces de

realizar una serie de tareas en forma secuencial, sin posibilidad de cambiar variables y parmetros.

Si se ha de realizar otra tarea ser necesario realizar un nuevo diseo. Se emplea en automatismos

pequeos, o en lugares crticos, donde la seguridad de personas y mquinas, no puede depender de

la falla de un programa de computacin.

En sistemas mayores tambin se emplea el autmata programable, entre los que se encuentran los

PLC controlador lgico programable, la UTR Unidad Terminal Remota o los rels programables, o

computadoras o servidores de uso industrial. Estos autmatas no se programan en lenguajes

tradicionales como cualquier computador, se programan en Leadder, lenguaje en el cual las

instrucciones no son otra cosa que lneas de lgica cableada. As el conocimiento de la lgica

cableada es de fundamental importancia para quien programa un autmata programable o PLC. La

lgica cableada ms que una tcnica, hoy en da constituye una filosofa que permite estructurar

circuitos en forma ordenada, prolija y segura, sea en circuitos cableados o programados. La prctica

de la lgica cableada ha sido asimilada por otras ramas de la tecnologa como las

telecomunicaciones y la informtica, con la introduccin del cableado estructurado en edificios,

oficinas y locales comerciales, lugares donde es poco usual el manejo de esquemas y dibujos de las

instalaciones elctricas, excepto la de potencia, la elaboracin de proyectos de detalle y el cableado

en forma ordenada mediante el uso borneras y regletas, que pasaron a llamarse patcheras en el

caso de las redes de datos y telefona.

A continuacin se describen los elementos, circuitos bsicos y la filosofa comnmente empleada

en la lgica cableada. Los dibujos de los componentes presentados no siguen una normativa en

particular, correspondiendo al estilo europeo de dibujo de esquemas elctricos (normas CEI

internacional, DIN de Alemania, NF de Francia).


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Estados OFF y ON

Desde un punto de vista terico la lgica cableada opera de igual forma que la lgica tradicional,

donde las variables solamente pueden tener dos estados posibles, verdadero o falso. En la

lgica cableada verdadero es igual a un rel energizado o en ON, en el caso de los contactos el

estado verdadero es el contacto CERRADO. En la lgica cableada un falso es igual a un rel

desenergizado o en OFF, para los contactos el estado falso es el contacto ABIERTO.En los circuitos electrnicos digitales o compuerta lgica, se utiliza el sistema numrico binario;

donde verdadero es igual a 1 y falso es igual a 0. Si se trata deun sistema neumtico u leo-

hidrulico, verdadero es igual a una vlvula ABIERTA y falso es igual a una vlvula CERRADA. Si

se trata del mando de la vlvula, verdadero corresponde al mando accionado (puede ser un

solenoide, una palanca de accionamiento manual o un simple volante), y falso corresponde al

estado no accionado del mando.

Variables lgicas empleadas en lgica cableada en comparacin con la lgica, circuitos digitales, neumtica y leo-

hidrulica.

Esquemas de conexin y esquemas de principio

Los rels y otros elementos empleados en la tcnica de comando y control, pueden ser dibujados

con sus bornes de conexin tal cual son fsicamente, y luego conectar con conductores los distintos

bornes, conformando lo que se denomina un esquema de conexin. El esquema de conexin

debe dar los datos constructivos y la ubicacin de cada elemento, pero no es la mejor forma de

representar un circuito a la hora de comprender y visualizar su funcionamiento, como si lo es el

esquema de principio.

Diferentes formas de representar un esquema elctrico; el esquema de conexiones y el esquema de principio.


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Dibujos y planos

Los dibujos o planos de los esquemas de conexin y esquemas de principio, antiguamente eran

realizados por dibujantes tcnicos en folios de papel de gran tamao, por ejemplo; 1,50 x 2,00

metros, donde se dibujaban todos los cables del circuito en un solo folio. Actualmente los dibujos

son realizados directamente por los electricistas, en programas CAD e impresos en hojas A4 o A3.

Un circuito de automatizacin de lgica cableada se dibuja en varias hojas numeradas, y los cables yaparatos son referenciados de una hoja a otra, marcando el nmero de hoja y las coordenadas

columna-fila donde se ubica el cable, borne o aparato cableado.

Esquema de Principio tpico de un cableado de comando y control.

Identificacin del cableado y borneras

Para que un circuito de lgica cableada pueda funcionar correctamente, es primordial contar

previamente con el dibujo del mismo, donde se identifican todos los cables y borneras de conexin,

para luego realizar el montaje y revisar el correcto cableado de todos los elementos. Para que esto

ltimo sea posible es necesario colocar identificadores o marcadores alfanumricos en todos los

cables y bornes. Existen distintos criterios para realizar la identificacin de los cables, teniendo cada

una de ellas sus ventajas y desventajas. Bsicamente se pueden identificar los cables segn los

nmeros de borneras o regletas de conexin, o de acuerdo a una numeracin arbitraria

especificado en los planos o dibujos.

Los criterios de identificacin del cableado son muchos, algunos apuntan a facilitar el montaje o

trabajo del electricista que realiza el cableado, otros facilitan el trabajo del personal de

mantenimiento de la instalacin, otros son de acuerdo a la conveniencia del proyectista que dibujo

los planos. Algunos de ellos; 1) identificar los cables con el nombre-nmero de la bornera o borne

de conexin a donde llega el cable; 2) identificar los cables con el nombre-nmero de la bornera o

borne de conexin del extremo opuesto del cable; 3) identificar los cables con un nmero

correlativo de 00 a 99, donde ese nmero est marcado en el dibujo o plano como nmero del

cable, se puede agregar el nmero de hoja del dibujo donde se encuentra el cable; 4) los nmeros

de los cables se corresponden con la numeracin de la bornera principal del circuito cuyos nmeros


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no se repiten en otra bornera; 5) mediante signos, letras y nmeros que denoten la funcin del

cable, como la polaridad +P yP, mandos de apertura y cierre, funciones de proteccin, etc.

Ejemplos de diferentes formas de identificar un cableado de lgica cableada.

Barras de Polaridad

Las barras de polaridad +P y P son las que permiten energizar las bobinas de los rels con los

contactos. Usualmente se denominan +P yP, pero pueden tener otra letra o leyenda cualquiera, y

ser una tensin tanto de corriente continua como de alterna. La tensin de polaridad, usualmente

esta cableada a elementos de control en posible contacto con las personas, por ejemplo;

pulsadores manuales, controles de nivel de lquidos, sensores de posicin o instrumentos de

medida. Por este motivo, por razones de seguridad para las personas, esta tensin debe estar

aislada galvnicamente de tierra, usualmente con un aislamiento de 1 a 2 KV. Las tensiones

estndar empleadas en corriente continua son; 24, 48, 110, 125, 220 y 250 V. Las tensiones

estndar en corriente alterna son; 24, 110-120, 220-240 y 380-400 V

Formacin de polaridad de mando en un circuito de lgica cableada; polarizacin con corriente continua y polarizacin

con corriente alterna

Servicios Esenciales

En lgicas cableadas para comando y control de servicios esenciales, la corriente continua se

respalda con un banco de bateras del tipo estacionario. Si se ha tomado la decisin de usar

corriente alterna, el comando y control de servicios esenciales se realiza con un oscilador o inversorCC/CA.


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Formacin de polaridad de mando en un circuito de lgica cableada de un servicio esencial, donde no puede detenerse el

servicio en caso de corte de energa.

Distribucin de Polaridades

En circuitos pequeos, con unos pocos rels la polaridad se arma mediante una guirnalda que va

saltando entre los bornes que van conectados a la polaridad. En circuitos de lgica cableada

mayores, como autmatas industriales, esta prctica es poco comn ya que acarrea algunos

inconvenientes en caso de falsos contactos en alguno de los bornes, lo que acarrea la perdida de la

polaridad en toda la guirnalda, provocando una falla masiva del sistema. La solucin a estos

problemas consiste en armar barras de polaridad con borneras o regletas de conexin en puente,las que ya vienen provistas por los fabricantes de borneras.

Distribucin de polaridad positiva +P por medio de una guirnalda, y distribucin por medio de una barra de polaridad

construida con un bloque de borneras en puente.

Montajes

El montaje de la lgica cableada se realiza en gabinetes o armarios estancos, donde sobre un fondo

muerto o sobre rieles verticales, conocidos como rack en ingls de 19, se atornillan en forma

horizontal los llamados rieles asimtricos y simtricos, donde se instalan los rels, fuentes de

alimentacin, elementos de potencia como los contactores, y proteccin como portafusibles ollaves termo-magnticas. Los rieles ms econmicos son de chapa galvanizada, los de mejor calidad

son de acero con una proteccin superficial de cadmio.

Las borneas y rels en general, van montados sobre rieles, existiendo dos tipos bsicos; el asimtrico y simtrico, tambin

conocido como riel omega.


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Bornera Frontera

Los cables de mando que van del gabinete de la lgica cableada a la planta o al campo, son cables

armados, rgidos debido al fleje de proteccin mecnica y/o a una pantalla de cobre o aluminio, la

cual es aterrada en ambos extremos. Esa rigidez impide realizar el cableado directamente hasta los

bornes de los rels de la lgica cableada. Para resolver este problema se utilizan borneras frontera,

donde llegan los cables armados desde la planta y salen hacia el interior del gabinete cablesmonopolares y flexibles, cables de mando o de potencia. Para el ingreso de los cables al gabinete se

emplean los llamados pasa cables o prensaestopas, que impiden la entrada de insectos, polvo y

humedad al gabinete.

Bornera frontera de llegada de los cables armados al gabinete que contiene la lgica cableada.

Rels

En la lgica cableada, la mencin de rel comprende diversos equipamientos elctricos y

electrnicos, de distinta tecnologa y funcin. Todos estos equipos, aparatos o instrumentos, sonconsiderados como rels en la medida de que cuenten con contactos elctricos NA o NC de

salida, y realicen una funcin particular de Lgica Cableada. Las entradas pueden ser bobinas,

circuitos de medida de tensin, corriente, temperatura, nivel, accionamientos fsicos y manuales,

comandos remotos, por cable o por radiofrecuencia.

As por ejemplo, un rel puede ser un control de nivel o temperatura, un rel electromecnico, un

contactor con contactos auxiliares, un rel de sub o sobre tensin, un rel de proteccin y decenas

de otras funciones, que distintos fabricantes de equipamiento industrial catalogan como rels.

La denominacin rel comprende, adems del rel electromecnico, a todo dispositivo elctrico o electrnico con

entradas analgicas o digitales, y con una o ms salidas por contactos secos.

Elementos de mando

Los elementos de mando bsicos en lgica cableada son los siguientes;

Contactos NA y NC

Los contactos elctricos de los rels pueden ser contactos normalmente abiertos NA, onormalmente cerrados NC. En los esquemas de conexin y de principio siempre se dibuja el


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contacto en su posicin de reposo, con la bobina del rel desenergizada o en OFF. El contacto NC se

dibuja cerrado y el contacto NA se dibuja abierto.

Elementos o componentes bsicos utilizados en lgica cableada.

Una de las formas de dibujar los contactos normales abiertos, normales cerrados y la bobina de rel, y polaridad. En este

caso se muestran los dibujos de acuerdo a normas europeas tems

Funciones Lgicas

Las funciones lgicas empleadas en la lgica cableada son las mismas que en los circuitos digitales o

compuertas lgicas. La denominada comnmente repeticin de contacto, buffer en un circuito digital. La inversin en un contacto normal cerrado, el NOT (negacin) en circuito digital: El AND

lgico (funcin y), lograda con contactos en serie. El OR lgico (funcin o), logrado con

contactos en paralelo.

Las funciones lgicas empleadas en lgica cableada son las mismas que las utilizadas por en la electrnica digital o decompuertas lgicas.


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Rel auto mantenido

Un rel con auto-mantenimiento es un rel en donde un contacto auxiliar mantiene el rel

energizado, luego de que el contacto de arranque cierra y abre. El contacto de parada tipo NC,

desenergiza el rel. En la electrnica digital es equivalente a un Biestable o Flip-Flop.

La funcin auto-mantenimiento de la lgica cableada guarda similitud con el slip-flop o bi-estable de la electrnica digital.

Funciones de Temporizacin

Existen rels temporizados de varios tipos, pero tres funciones bsicas son; la temporizacin a la

conexin, temporizacin a la desconexion y la temporizacion a la conexion-desconeccion. En los dos

ltimos casos el rel temporizado deber alimentarse desde una conexin independiente a la de la

bobina. Los contactos temporizados se representan mediante un paraguas que se opone al

movimiento.

Existen muchas funciones de tiempo o de temporizacin, pero tres de ellas son las ms conocidas, la temporizacin al

cierre, a la apertura y pulso o monoestable.

Mando Manual y Automtico

En todo automatismo siempre es conveniente contar con la posibilidad de elegir entre un comando

manual por pulsadores, y un comando automtico por nivel, presin, temperatura, etc. La seleccin

se realiza por llaves selectoras manual/automtico. Por razones de seguridad de las personas y

equipos, siempre se deja fuera de la seleccin el mano de parada manual y automtica, por

ejemplo por nivel bajo, a los efectos de prevenir que una bomba quede succionando en vaci y se

dae.


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Todo circuito automtico siempre cuenta con un mando manual para prueba, mantenimiento y emergencias. La seleccin

se realiza con una llave selectora Manual-Automtico.

Proteccin

Las funciones de proteccin deben guardar en lo posible independencia de los circuitos de mando,de modo de funcionar con mandos en manual, en automtico y en casos de falla. En el dibujo

previo, el contacto kth de rel trmico y el flotador NV2 son elementos de proteccin en serie con

el circuito de mando manual y automtico.

Sealizacin

La sealizacin comprende la indicacin de los estados de marcha, parada, falla o defectos,

posicin de interruptores abiertos o cerrados. Para lo cual se emplea luminosos con lmpara

incandescente o con LED. La lmpara es energizada mediante contactos auxiliares de contactores e

interruptores, o con rels que copian la posicin de los mismos. En autmatas de rels de gran

tamao, la polaridad empleada para la sealizacin es independiente de la polaridad de mando, ya

que un cortocircuito en un luminoso no debera dejar fuera de servicio el autmata.

La sealizacin de estados y alarmas se realiza con luminosos o lmparas de sealizacin. La sealizacin se polariza con

una polaridad independiente de la de mando, a los efectos de evitar inconvenientes en el mando en caso de falla de un

luminoso.

Cdigo de Colores

Para la sealizacin en pulsadores de mando y lmparas o luminosos, se emplean distintos colores.

En Europa se utiliza la norma CEI 73.


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Enclavamientos

Los enclavamientos impiden que dos rdenes de mando contradictorias tengan efecto

simultneamente. Existen muchas formas de realizarlo, elctricamente en las botoneras o

pulsadores de mando, entre rels, en el circuito de potencia y hasta mecnicamente entre motores

con funciones opuestas.

Un enclavamiento evita que mandos contradictorios puedan accionarse al mismo tiempo. Existen diversas formas de resolverlos, dos de

ellas son el enclavamiento entre pulsadores, otra es entre las bobinas de mando de los rels o contactores.

Comando Secuencial

Como su nombre lo dice, un comando secuencial es un circuito con una secuencia de estados

predeterminada, y dependientes de ciertas entradas del sistema (pulsadores, detectores, etc.). Las

secuencia pueden ser fija, producidas por un reloj electromecnico (motor elctrico con un

reductor, levas y contactos de salida). Por ejemplo; los controles automticos de las lavadoras

domsticas, hornos de microondas, etc. Las secuencias no fijas, son producidas por cadenas de

rels temporizados, donde al cumplirse el tiempo de retardo programado para un rel, se dispara el

conteo de tiempo del rel temporizado correspondiente al estado siguiente. Para proyectar y

disear sistemas de lgica cableada complejos, se emplean Diagrama de Flujo, donde los distintos

estados del diagrama luego se ven reflejados en rels automantenidos, y las entradas se

corresponden a pulsadores y detectores del circuito de mando.

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