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Ciclo: 2º CS Mecatrónica Sistemas eléctricos y electrónicos Profesor: José Paredes Coloma 06. Representación gráfica de automatismos. Contenidos. 1. Introducción...................................................................................................................... 2. Simbología de...

Ciclo: 2º CS Mecatrónica Sistemas eléctricos y electrónicos Profesor: José Paredes Coloma 06. Representación gráfica de automatismos. Contenidos. 1. Introducción...................................................................................................................... 2. Simbología de componentes eléctricos............................................................................ 3. Representación de esquemas.......................................................................................... 3.1. Esquemas de fuerza y mando............................................................................... 3.2. Numeración de cables........................................................................................... 3.3. Borneros o regleteros............................................................................................ 4. Localización de elementos gráficos en los esquemas...................................................... 4.1. Columnas en hojas de esquemas normalizados................................................... 4.2. Referencias cruzadas............................................................................................ 5. Realización de conexiones en el cuadro eléctrico............................................................ 6. Cuestionario de autoevaluación........................................................................................ 1 1 4 4 5 6 10 10 11 13 16 Sistemas eléctricos y electrónicos. Profesor: José Paredes Coloma 1. Introducción En los diagramas o planos eléctricos se representan de forma gráfica los componentes, y su interconexión, en una instalación eléctrica. El uso de esquemas eléctricos está fundamentado en estándares creados por varias organizaciones internacionales. Su uso posibilita la construcción y mantenimiento de los sistemas eléctricos, igualmente de representar el funcionamiento de los mismos. Para garantizar un adecuado flujo de información y facilitar la lectura de planos eléctricos se han diseñados diversos organismos de estandarización y normativas a nivel mundial dentro de los cuales sobresalen: · · · · · Organización Internacional para la Estandarización (ISO). American National Standards Institute (ANSI). Deutsches Institut für Normung (DIN). Asociación Norteamericana de Manufacturas Eléctricas (NEMA). Comisión Electrotécnica Internacional (IEC). 2. Simbología de componentes eléctricos. Los símbolos son la representación gráfica de un elemento físico, presente en los esquemas eléctricos, como por ejemplo un relé, un arrancador, un transformador, entre otros. Hay distintos símbolos para el mismo dispositivo según la norma que se esté usando para realizar el esquema eléctrico. En los esquemas eléctricos a cada símbolo se le asocia un nombre con el cual se va a conocer al dispositivo dentro del conjunto de planos, en otros documentos asociados al sistema y en el propio dispositivo una vez que es instalado en campo. Los símbolos más utilizados en automatismos industriales son los siguientes: 06-Representación gráfica de automatismos 1 Sistemas eléctricos y electrónicos. 06-Representación gráfica de automatismos Profesor: José Paredes Coloma 2 Sistemas eléctricos y electrónicos. 06-Representación gráfica de automatismos Profesor: José Paredes Coloma 3 Sistemas eléctricos y electrónicos. Profesor: José Paredes Coloma 3. Representación de esquemas. En unidades anteriores hemos visto que todo automatismo tiene dos partes, circuito de mando (de poca potencia) y esquema de fuerza (de mayor potencia). En los esquemas más sencillos que constan de pocos elementos, tanto la representación del circuito de potencia (por ejemplo, para arrancar un motor trifásico), como la de mando (para la alimentación de la bobina de un contactor mediante diferentes tipos de sensores), se realizan sobre el mismo esquema. A este tipo de representación se le denomina esquema de conjunto. Realizar este tipo de esquemas, solamente está justificado para sencillos circuitos de automatismos. En los esquemas de mayor complejidad se suelen separar los circuitos de fuerza y mando para mejorar su claridad y facilitar la comprensión de las conexiones. 3.1. Esquemas de fuerza y mando En la industria, los automatismos cableados pueden ser realmente complejos y por tanto, también sus esquemas. Si estos se realizaran por la representación conjunta, el técnico de montaje y de mantenimiento tendría verdaderas dificultades para entenderlos. Por este motivo, se hace necesario separar gráficamente el circuito de potencia del circuito de control o de mando. 06-Representación gráfica de automatismos 4 Sistemas eléctricos y electrónicos. Profesor: José Paredes Coloma El esquema de potencia o de fuerza representa la parte del circuito que alimenta el receptor o receptores de potencia. El esquema de mando representa, entre las dos fases de alimentación, la combinación lógica de los contactos de los sensores utilizados para gobernar las bobinas de los diferentes órganos de control, como contactores, temporizadores, relés auxiliares, etc. En el esquema de fuerza los interruptores y protecciones de corte general se representan en la parte superior, próximos a las líneas de la red de alimentación. Los receptores o motores en la parte inferior. Y entre ambos los contactores de potencia. En la práctica, el circuito de fuerza se realiza con cable de mayor sección (1,5mm2) que el de mando, ya que debe estar calculado para soportar el paso de corriente del receptor de potencia, en este caso el motor. Sin embargo, el cableado de mando se realiza con cable de menor sección (1 mm2), ya que el consumo de las bobinas no es muy elevado. Aunque eléctricamente podría ser correcto conectar contactos debajo del borne A2 de la bobina del contactor, gráficamente no se puede hacer. Todas las bobinas deben estar representadas con sus bornes A2 conectados a la fase inferior, en este caso el Neutro. 3.2. Numeración de conductores Cuanto más complejo es el circuito de un automatismo, más necesaria se hace la identificación de todos y cada uno de los conductores (hilos) que en él intervienen. Para conseguir este fin se pueden utilizar diferentes métodos. El uso de unos u otros depende del criterio seguido por el técnico que proyecta el circuito de automatismos. 06-Representación gráfica de automatismos 5 Sistemas eléctricos y electrónicos. Profesor: José Paredes Coloma En el esquema, la identificación se hace escribiendo un pequeño número junto a cada uno de los conductores. Hay distintos métodos de numeración. Nosotros usaremos el método de numeración por potencial de conductores. Todos los cables que se encuentran al mismo potencial, es decir, en el mismo punto de conexión, se identifican con el mismo número. Los cables de la red de alimentación se identifican como L1-L2-L3-N-PE. 3.3. Borneros o regleteros Los borneros (conjunto de bornes) se utilizan para conectar los elementos que están fuera del cuadro. En algunos casos, también pueden conectarse a ellos elementos que se encuentran en partes móviles (como ejemplo, la puerta) del propio cuadro. En un bornero, dos son los elementos a identificar. Por una parte el propio borneros y por otra, cada uno de los bornes que lo forman. El borneros se identifica con un código formado por la letra X y un número. Este último se puede establecer siguiendo diferentes criterios. Nosotros usaremos el criterio de dar el mismo identificador a todo un bornero de un cuadro. Por ejemplo: X1 cuadro general, X2 cuadro secundario planta baja, X3 cuadro secundario plata alta, et. Cada borne se identifica con un número, que representa el orden que hace en el bornero. Por tanto, en un mismo bornero, no puede haber dos bornes con el mismo número. 06-Representación gráfica de automatismos 6 Sistemas eléctricos y electrónicos. Profesor: José Paredes Coloma En el ejemplo de las siguientes figuras hay un bornero (X1), el cual tiene 12 bornes que se utilizan para alimentar 3 motores eléctricos trifásicos. En este otro ejemplo, el bornero X2 une, en el circuito de mando, una botonera externa, a través de tres bornes (1,2 y 3), con el cuadro eléctrico. 06-Representación gráfica de automatismos 7 Sistemas eléctricos y electrónicos. Profesor: José Paredes Coloma Esquemas de borneros y listas de bornes Los esquemas de borneros, son listados textuales o gráficos que muestran qué elementos de un circuito (contactos, bobinas, lámparas, pulsadores, etc.) están conectados a cada uno sus bornes. Estos esquemas facilitan el montaje del cableado que une el cuadro eléctrico con el exterior. Cada borne se representa individualmente con un número. A su izquierda y a su derecha se referencian los elementos y bornes de estos elementos con los que se establece la conexión eléctrica. También se indica la numeración de hilos que llega por cada extremo. Si es necesario, se debe mostrar el número de página en la que dicho borne se encuentra en el proyecto. En el siguiente circuito de mando (figura 8.10) hay un bornero denominado X2, que dispone 7 bornes. En el esquema del bornero se representa el número de conductor que llega a cada extremo del borne y la procedencia (destino) del mismo. Así, se puede ver cómo el hilo número 2, procedente de contacto 21 del pulsador S1, está conectado al extremo izquierdo del borne número 1. Y el hilo 1, procedente del borne 96 del relé térmico F1, está conectado al extremo derecho del mismo borne. Los bornes que están unidos entre sí en el interior del cuadro, se representan con puentes. 06-Representación gráfica de automatismos 8 Sistemas eléctricos y electrónicos. Profesor: José Paredes Coloma Esquemas de terminales Los esquemas de terminales son similares a los esquemas de borneros, con la diferencia que en ellos, además, se representan las conexiones de los elementos que se encuentran fuera del cuadro. En la figura anterior se representa un esquema de terminales con los pulsadores y la lámpara que están fuera del cuadro eléctrico. En ella se muestra detalladamente a qué borne se conecta cada uno de estos elementos y el destino en el interior del cuadro para dicha conexión. 06-Representación gráfica de automatismos 9 Sistemas eléctricos y electrónicos. Profesor: José Paredes Coloma En el esquema anterior se representa la conexión de los elementos de fuerza a un bornero denominado X1. En la parte izquierda se muestra la conexión de la alimentación general, y en la parte derecha, las mangueras que conectan tres motores trifásicos. 4. Localización de elementos gráficos en los esquemas. Cuando los proyectos de automatismos industriales ocupan varias páginas, se hace necesario disponer de herramientas gráficas que faciliten al operario la localización de todos y cada uno de los componentes que intervienen en los esquemas, tanto de fuerza como de mando. Las más utilizadas son las siguientes: · · División de la hoja del esquema por columnas. Referencias cruzadas (en forma de tabla o gráficas). 4.1. Columnas en hojas de esquemas normalizados Consiste en dividir las hojas de los esquemas en un número determinado de columnas, que posteriormente se utilizarán para localizar los componentes que en ellas se encuentran. En el siguiente esquema se muestra cómo las columnas invisibles (aquí coloreadas) contienen los diferentes símbolos del circuito. Es decir: S2 y S1 pertenecen a la columna 1, S3 se encuentra en la número 3 y S4 está en la 4. 06-Representación gráfica de automatismos 10 Sistemas eléctricos y electrónicos. Profesor: José Paredes Coloma 4.2. Referencias cruzadas Las referencias cruzadas permiten localizar, por página y columna, los contactos asociados (abiertos y/o cerrados) a un dispositivo utilizado en el esquema. Pueden presentarse de dos formas: en formato de tabla o en formato gráfico, siendo la primera la más utilizada. En ambos casos están asociadas al órgano motor (bobina) de dispositivo. Referencias cruzadas en formato de tabla Son tablas de dos o tres columnas en las que se representan, con un número o código de números, el lugar del plano en el que se encuentran sus contactos abiertos (NO), cerrados (NC) o de potencia (MA). El siguiente esquema es un detalle de la figura 8.20. En él se muestra cómo el contactor KM1 dispone de tres contactos, dos abiertos (NO) y uno cerrado (NC). Los dos primeros están dibujados en las columnas 2 y 6 respectivamente, de la hoja número 2. El tercero se encuentra en la columna 4 de la misma hoja. El contactor KM2 solamente emplea un contacto normalmente abierto (NO), que está localizado, en la columna 3 de la hoja 2. Y el contactor KM3 utiliza dos contactores normalmente abiertos (NO) situados en las columnas 5 y 6 respectivamente, de la misma hoja. 06-Representación gráfica de automatismos 11 Sistemas eléctricos y electrónicos. Profesor: José Paredes Coloma En algunos casos se hace necesario indicar el lugar en el que se encuentran representados los contactos de potencia de los contactores. Para ello se añade una nueva columna a la tabla correspondiente, que en el caso del ejemplo de la figura se ha denominado MA. Así, en el siguiente ejemplo, y ojeando el esquema de la figura 8.19, se puede observar que el contactor KM1 tiene representados sus contactos de fuerza en la columna 2 de la hoja 1, el KM2 los tiene en la columna 4 de la misma hoja y el KM3 en la columna 6. Referencias cruzadas en formato gráfico Aunque son menos utilizadas que las del formato de tabla, algunos proyectistas y programas de diseño eléctrico representan las referencias cruzadas de forma gráfica. En este caso se dibujan, debajo de cada una de las bobinas, los contactos abiertos y cerrados que se utilizan en el esquema y a su lado el identificador de la hoja y columna en la que se encuentran. 06-Representación gráfica de automatismos 12 Sistemas eléctricos y electrónicos. Profesor: José Paredes Coloma 5. Realización de conexiones en el cuadro eléctrico. Una vez que sabemos interpretar los esquemas eléctricos hay que saber cómo traducirlos a las conexiones físicas de cables y dispositivos que forman el cuadro eléctrico. A continuación vemos un ejemplo de cómo se traducirían las conexiones en un esquema de las salidas de un magnetotérmico (terminales 2-4-6) a las entradas de los contactos de fuerza de un contactor (terminales 1-3-5). A la izquierda tenemos el esquema eléctrico con la simbología normalizada y a la derecha vemos como se traduce a contactos físicos en la representación gráfica de un cuadro de automatismos. 06-Representación gráfica de automatismos 13 Sistemas eléctricos y electrónicos. Profesor: José Paredes Coloma En el siguiente ejemplo, hay una conexión en un esquema de mando que une los terminales F4-2, F5-95, KM1-11 Y F5-97. En la imagen superior vemos la conexión como se representaría en el esquema eléctrico con la simbología normalizada, mientras que en la imagen inferior se observa como sería el cableado de los dispositivos en un cuadro. 06-Representación gráfica de automatismos 14 Sistemas eléctricos y electrónicos. Profesor: José Paredes Coloma En el siguiente ejemplo se conecta desde un relé térmico del interior del cuadro a un motor trifásico que se encuentra en el exterior del cuadro. Para ello se utilizan los bornes 5, 6 y 7 del bornero (o regletero). En la imagen de la izquierda se ve como se representaría en el esquema y en la imagen de la derecha se ve como se realizarían las conexiones en una instalación real. En el esquema (imagen de la izquierda), la conexión de los terminales del contactor KM1 (2, 4, 6) se conectan a las entradas del relé térmico F5 (1, 3, 5). En la imagen de la derecha vemos que dichas conexiones se realizan acoplando el relé térmico al contactor, por tanto no se realizan con cables. En la página 10 tenéis una imagen de cómo se conectaría desde el bornero a los motores del exterior. 06-Representación gráfica de automatismos 15 Sistemas eléctricos y electrónicos. Profesor: José Paredes Coloma 6. Cuestionario de autoevaluación. 1. Fíjate en la siguiente figura y di que representa. 2. ¿Para qué sirven los regleteros? 3. ¿Qué se representa en el esquema de fuerza? 4. ¿Qué se representa en el esquema de mando? 5. ¿Para qué se utilizan la numeración de columnas de las hojas en las que están representados los esquemas de automatismos industriales? 6. Los regleteros se identifican con la letra: a) W b) X c) R 7. Es cierta esta afirmación: “Los regleteros solamente se representan en el esquema de fuerza.” Razona la respuesta. 8. ¿Qué son los esquemas de regleteros? 9. ¿Qué son los símbolos que aparecen debajo de las bobinas de este esquema? 06-Representación gráfica de automatismos 16 Sistemas eléctricos y electrónicos. Profesor: José Paredes Coloma 10. Fíjate en la figura y responde lo siguiente: a) ¿Entre qué bornes está conectado el final de carrera FC1? b) ¿Cuántos bornes tiene el regletero X1? c) ¿A qué está conectado el terminal 2 de la protección Q4? d) ¿Qué tienen conectados a ambos lados los terminales 5, 6 y 7? 06-Representación gráfica de automatismos 17