GRAFCET

El Grafcet se compone de un conjunto de:
-Etapas o Estados a las que van asociadas acciones.
-Transiciones a las que van asociadas receptividades.
-Uniones Orientadas que unen las etapas a las transiciones y las transiciones
a las etapas.

Etapas

Una etapa se caracteriza por un comportamiento invariable en una parte o en la totalidad de la
parte de mando.
En un momento determinado, y según sea la evolución del sistema:
-Una etapa puede estar activa o inactiva.
-El conjunto de las etapas activas definen la situación de la parte de mando. Las etapas
se representan por un cuadrado con un número en su parte superior como identificación.
La entrada y salida de una etapa aparece en la parte superior e inferior, respectivamente,
de cada símbolo. El conjunto formado por el cuadrado y la extensión de las entradas y
salidas constituye el símbolo completo de la etapa.

AUTOMATISMOS Y CUADROS Eléctricos

¿Qué es un automatismo?

En electricidad, se denomina automatismo al circuito que es capaz de realizar secuencias
lógicas sin la intervención del hombre.
Los automatismos están presentes en operaciones tan dispares como arranque y control de
maquinaria, gestión de energía, subida y bajada de persianas, riego automático, etc.

Elementos que forman un automatismo

Máquina o planta

Es el elemento principal objeto del control automático. Puede estar constituido por un único
aparato (motor eléctrico, bomba hidráulica, compresor de aire, máquina herramienta, etc) o
por un conjunto de dispositivos dispuestos en planta con una finalidad concreta
(climatización de zona, sistema de riego, cinta transportadora, etc.).

Fuente de energía

Es el medio empleado para realizar el control. En un automatismo eléctrico este medio lo
constituye la energía eléctrica aplicada en sus distintas formas.

Controlador o autómata

Es el dispositivo o conjunto de dispositivos encargados de establecer el criterio de control.
Partiendo de la señal proporcionada por el detector o sensor, y de acuerdo con las
indicaciones del operador o de algún criterio de actuación previamente definido, determina
la correspondiente señal de control que debe ser aplicada al actuador para mantener la
máquina o la planta en las condiciones de funcionamiento previstas.

Actuador

Es el dispositivo utilizado para modificar la aportación de energía que se suministra a la
máquina o a la planta.
Hallamos actuadores típicos en automatismos eléctricos en los relés, los contactares, las
electroválvulas, las válvulas motorizadas, los tiristores, etc.

Sensor

Es el elemento empleado para medir o detectar la magnitud de la variable que deseamos
controlar. Adquiere o detecta el nivel del parámetro objeto de control y envía la
correspondiente señal, habitualmente eléctrica, al dispositivo controlador.
Los sensores de uso frecuente en automatismos son: los tacómetros, los codificadores
digitales, los sensores de proximidad, o las sondas de temperatura, de presión o de nivel,
etc.

Operador

Es el conjunto de elementos de mando y señalización que facilita el intercambio de
información entre personas y automatismos para modificar o corregir las condiciones de
actuación de la máquina o planta bajo control.
Debemos considerar que la mayoría de los automatismos deben posibilitar que el ser humano
incida de forma directa, y en el instante deseado, sobre el proceso, con el objetivo de
solventar situaciones de avería, de mantenimiento o de emergencia.

Fases de realización de un automatismo

Las distintas fases o tareas en las que dividimos la confección o realización de cualquier
automatismo eléctrico pasan por el estudio de:

El diseño y la funcionalidad

Se corresponde con el estudio meticuloso de las funciones básicas que debe realizar el
automatismo.
En esta fase deberemos concretar con precisión el comportamiento del automatismo y clarificar con nitidez todas y cada una de las operaciones que éste debe solventar.

El dimensionado de dispositivos

Esta fase debe servirnos para elegir el conjunto de dispositivos apropiado para realizar el
automatismo.
Con este propósito, deberemos calcular la potencia eléctrica que debe aceptar o
proporcionar cada uno de los elementos del automatismo, dimensionar los cables de

alimentación y de señal, prever la vida útil de los mecanismos utilizados, analizar
cuidadosamente las carácterísticas de las señales usadas en la interconexión de los
diferentes módulos y prever los necesarios elementos de seguridad y mantenimiento.

El esquema eléctrico

El objetivo principal de esta fase es la confección del esquema eléctrico del automatismo.
Debe ser completo y hemos de confeccionarlo con una notación clara y comprensible en la
que estén representados todos los componentes perfectamente conectados y
referenciados.

El cuadro eléctrico

En esta fase debemos abordar la mecanización del cuadro eléctrico y la ubicación en su
interior de los diferentes elementos que componen el automatismo.

El ensayo y la prueba

Una vez realizada la instalación del automatismo se realizará su ensayo y prueba.
En esta fase será conveniente actuar con un plan de trabajo previamente establecido que
contemple la entrada en funcionamiento, progresiva y en secuencia, de las diferentes partes
del automatismo.

La puesta en servicio

Sólo si el automatismo funciona de forma satisfactoria en la fase de prueba, podremos
abordar la fase de puesta en servicio.
La puesta en servicio del automatismo debe ir acompañada, siempre, de un manual de
operación que recoja de forma explícita todos aquellos aspectos necesarios para la
explotación del sistema y, también, de otro manual de intervención para los casos en los que
se produzcan averías o debamos realizar el mantenimiento.

Representación DE ESQUEMAS

Esquema de mando

El esquema de mando es una representación de la lógica del automatismo, deben estar
representados los siguientes elementos:
– Bobinas de los elementos de mando y protección (contactores, relés, etc.).
– Elementos de diálogo hombre–máquina (pulsadores, finales de carrera, etc.).
– Dispositivos de señalización (pilotos, alarmas, etc.).
– Contactos auxiliares de los aparatos.
Todos los elementos deben estar identificados por la clase de aparato, número y función.
El dibujo del esquema de mando se realiza sobre formato A4 con trazo más fino que el circuito de potencia, según norma UNE 0’5mm. Si el circuito es sencillo se pueden dibujar en la misma hoja el esquema de potencia, a la izquierda, y el de mando a la derecha, cuando esto
no sea posible se dibuja primero el de la potencia y después el de mando. Se utilizarán más
hojas numerando el orden sobre el total, así 1/5, 2/5, 3/5… Nos indica que el total de hojas
son 5 y la cifra primera el orden que ocupa.

Esquema de potencia

El esquema de potencia es una representación del circuito de alimentación de los
accionadores (motores, líneas, etc.). En este esquema figuran los contactos principales de los
siguientes elementos:

– Dispositivos de protección (disyuntores, fusibles, relés, etc.).
– Dispositivos de conexión-desconexión (contactores, interruptores, etc.).
– Actuadores (motores, instalaciones, etc.).
– Todos los elementos estarán identificados con la letra de clase de aparato, número y
función.
– El dibujo del esquema de potencia se realiza sobre formato A4, con trazos más
gruesos que el circuito de mando, según norma UNE 0,7 mm para el circuito de
potencia 0,5 mm. Para el circuito de mando.

ELEMENTOS EL CONTACTOR

Partes del contactor

En la construcción de un contactor electromagnético se distinguen:

A) Circuito magnético.
B) Contactos.
C) Resortes.
D) Cámaras.
E) Soportes

A) El circuito magnético está formado por el núcleo, armadura y bobina

El núcleo es una pieza, de chapa magnética si el
contactor es de corriente alterna o hierro dulce si es
de corriente continua, está situado en el interior de la
bobina y es el encargado de atraer la armadura cuando
esta es excitada.

La armadura está construida del mismo material que el
núcleo, transmite el movimiento a los contactos cuando es atraída por el núcleo.

La bobina es un carrete de espiras de hilo esmaltado que al ser recorrida por la corriente,

crea un campo magnético en el núcleo.

b) Los contactos son los encargados de la conexión y desconexión, los contactos principales
actúan en el circuito de potencia y los auxiliares en el circuito lógico de mando.
Los de fuerza o potencia están preparados para un mayor poder de corre y se encargan de
controlar las cargas de potencia (por ejemplo, un motor eléctrico, un conjunto de radiadores
eléctricos, etc.). Los de mando se utilizan para tareas auxiliares y de control.

c) Los resortes están constituidos por muelles de presión, su función es regular la presión
entre contactos y muelles antagonistas encargados de separar bruscamente los contactos en
la desconexión.

d) Las cámaras de extinción son compartimentos donde se alojan los contactos y son las
encargadas de alargar, dividir, y extinguir el arco.

E) El soporte es el armazón donde están fijadas todas las piezas que componen el contactor

Funcionamiento del contactor

Si conectas una bobina a la red eléctrica a través de un interruptor, como se muestra en la
figura, observarás que cuando el interruptor está abierto, el circuito magnético se
encuentra inactivo y el martillo se mantiene separado de la culata por el resorte.

En esta situación, los contactos eléctricos, tanto los de fuerza como los auxiliares, se
encuentran en su posición de reposo. Es decir, abiertos los abiertos y cerrados los cerrados.

Si se cierra el interruptor conectado al borne A1 de la bobina, la bobina se excita y el
circuito magnético se cierra, moviendo con él todos los contactos del contactor.

En esta situación los contactos abiertos se cierran y los cerrados se abren.

Si el interruptor vuelve a la posición de abierto, la bobina dejará de excitarse, abríéndose el
circuito magnético mediante el resorte y por tanto, llevando a la posición de reposo los contactos del contactor.

De esta forma, si un motor trifásico se alimenta a través de los contactos de fuerza de un
contactor} se puede parar y poner en marcha con un simple interruptor monopolar de escaso
poder de corte.

ELEMENTOS DE MANDO Y SEÑALIZACIÓN

Pulsadores

Los pulsadores son elementos mecánicos de cierre y apertura. Un pulsador se activa
actuando sobre él, pero volverá a su posición de reposo automáticamente cuando se elimine la
acción que lo ha activado.

Son elementos que intervienen en el diálogo hombre-máquina. Cuando son activados mandan
una señal al elemento de tratamiento de información.

Los botones de los pulsadores pueden ser de diferentes colores, pero hay que prestar
especial atención al color verde que se utiliza para la puesta en marcha y al rojo que se
utiliza para la parada.

Finales de carrera

Los finales de carrera (interruptores de posición) son pulsadores utilizados en el circuito de
mando, accionados por elementos mecánicos. Normalmente son utilizados para controlar la
posición de una máquina herramienta.

Desde el punto de vista del circuito eléctrico están compuestos por un juego de contactos
NA (normalmente abierto) NC (normalmente cerrado) de forma que cuando son accionados
cambian las condiciones del circuito.

En la elección de un final de carrera se deben tener en cuenta:

– Número de contactos necesarios.
– Condiciones de trabajo (seco, húmedo, materiales en suspensión, etc.).
– Esfuerzos mecánicos a los que será sometido.
– Número de maniobras por unidad de tiempo.

Interruptores de control de nivel

Los interruptores de nivel tienen cierta similitud con los finales de carrera, también
controlan la posición de una máquina, en este caso un equipo de nivel de líquidos.

Su utilización más frecuente es el control de electrobombas, provocando la puesta en
marcha o parada según en la posición en que se encuentre el flotador situado en el interior
del depósito. Este arranque o parada se realiza por medio de un juego de contactos que
forman parte del circuito de mando.

Termostatos

Es un aparato destinado a influir en el circuito de mando para unos determinados valores de
temperatura. Por medio de un dispositivo captador se cambia el estado de los contactos a
partir de unos valores predeterminados de temperatura. En la elección de este aparato
debemos tener en cuenta aspectos como el lugar de trabajo, entorno, margen de
temperatura a controlar, fluido etc.

Presostatos

Los presostatos son aparatos destinados a controlar equipos hidráulicos o neumáticos entre
varios valores de presión. El dispositivo de presión actúa sobre un juego de contactos que
cambiará las condiciones del circuito entre unos umbrales de presión.
En la elección de este aparato debemos tener en cuenta aspectos como el lugar de trabajo,
entorno, margen de presión a controlar, fluido etc.

Detectores

Los detectores son aparatos auxiliares que sustituyen en muchos sistemas a los finales de
carrera, principalmente porque son estáticos y no sufriendo ningún tipo de desgaste
mecánico como ocurre con los finales de carrera. Básicamente existen: 

-Detectores capacitivos: Están basados en un circuito oscilante formado por un condensador
y una resistencia. Cuando cualquier objeto, metálico o no, se acerca al condensador, se
produce una variación en la capacidad de este que provoca el accionamiento del circuito de
disparo.

-Detectores inductivos: Están basados en un circuito oscilante formado por una bobina y un
condensador. En este caso solamente la proximidad de objetos metálicos producen las
oscilaciones necesarias para el accionamiento del circuito de disparo.

-Detectores fotoeléctricos: Basan su funcionamiento en la interrupción de una barrera
luminosa generada por un emisor de luz, visible o infrarroja. Cuando el elemento receptor
deja de recibir la radiación luminosa es activado el circuito de disparo:

Los detectores de barrera, tienen el emisor y el receptor del haz luminoso separados que se
activa cuando se interrumpe el haz al intercalarse un objeto.

Los detectores réflex, donde el emisor y el receptor están montados juntos en el mismo
soporte y el retorno se hace mediante un reflector.

Los detectores de proximidad, donde el emisor y el receptor están montados juntos en el
mismo soporte. El haz es reflejado hacia el receptor por cualquier objeto que se encuentre
próximo a él.

Conexión de los diferentes tipos de detectores

Dependiendo del circuito de disparo del detector estos pueden ser de 2 o 3 hilos.

Detectores de 3 hilos

Atendiendo a la polarización del detector se distinguen dos tipos, PNP
o NPN. En el detector NPN la carga se conecta entre el terminal de salida y el positivo de la
alimentación.

Como dispositivos de carga pueden ser utilizados contactores o relés de tensiones adecuadas
a la alimentación.

Detectores de 2 hilos

Se utilizan como captadores mecánicos convencionales: interruptores,
pulsadores, etc., conectándose en serie con la carga a controlar. Los alimentados por
corriente continua necesitan respetar la polaridad de la alimentación.

Pilotos de señalización

Los pilotos de señalización forman parte del diálogo hombre-máquina, se utiliza el circuito de
mando para indicar el estado actual del sistema (parada, marcha, sentido de giro, etc.).
Generalmente está constituido por una lámpara o diodo montada en una envolvente adecuada
a las condiciones de trabajo.

Existe una gran variedad en el mercado según las necesidades de utilización (tensión, colores
normalizados, consumo, iluminación, etc.).

Señalización acústica

Los dispositivos de señalización acústica están basados en zumbadores, timbres, sirenas,
bocinas y silbatos.

Se instalan para señalizar situaciones del automatismo que requieren la atención inmediata
del operario, como: alarmas, fallos o disparo de protecciones.

Protección DE LAS INSTALACIONES

Sobreintensidades

Pueden ser de dos tipos.

– Sobrecargas (exceso de carga)

– Cortocircuitos

Sobrecargas (exceso de carga)
Se producen por un consumo excesivo de las cargas conectadas al generador, por conexión
de un elevado número de receptores.
En el caso de los motores eléctricos las causas más comunes que pueden provocar una
sobrecarga una sobrecarga de los mismos son: el exceso de carga del motor, rotor
bloqueado, funcionamiento a dos fases (motores trifásicos)…

Cortocircuitos

Un cortocircuito es el contacto directo (sin resistencia) de dos puntos con potenciales
eléctricos distintos.
Las causas pueden ser varias: cables rotos, flojos o pelados, presencia de cuerpos metálicos

extraños, depósitos conductores (polvo, humedad, etc.), filtraciones de agua o de otros
líquidos conductores, deterioro del receptor o error de cableado durante la puesta en
marcha o durante una manipulación.

Defecto de aislamiento

Es la uníón entre partes no conductoras no activas o masas (carcasas, armarios y cuadros
eléctricos, etc.) con partes conductoras activas (cables o conexiones) sometidas a tensión.
Es necesario tomar las medidas de protección y de seguridad oportunas en los circuitos para
evitar que se produzcan daños importantes en las instalaciones eléctricas o a las personas.

Fusibles

Son dispositivos de protección de sobreintensidad, abren el circuito cuando la intensidad que
lo atraviesa pasa de un determinado valor, como consecuencia de una sobrecarga o un
cortocircuito.

Interruptor automático o magnetotérmico

El interruptor magnetotérmico es un dispositivo de protección contra corrientes de
sobrecarga y cortocircuitos.
Provoca la apertura automática del circuito en el que está instalado cuando dichas corrientes
tienen lugar.
Como indica su nombre, consta de dos métodos de apertura:
• Disparador magnético
:
Actúa frente a las corrientes de cortocircuito, y debido a que este
tipo de corrientes son muy peligrosas, tiene que proporcionar un corte muy rápido.
• Disparador térmico
:
Actúa frente a las corrientes de sobrecarga. El corte es más lento.

Interruptores diferenciales

Un relé diferencial es un aparato destinado a la protección de personas contra los contactos
directos e indirectos.

Relés térmicos

Es un relé de protección de sobrecarga. El principio básico de funcionamiento de un relé
térmico consiste en una lámina bimetálica constituida por dos metales de diferente
coeficiente de dilatación térmica. Cuando aumenta la temperatura debido a una sobrecarga,
la lámina bimetálica (al ser de diferente coeficiente de dilatación ambos metales) se curva
en un sentido, al llegar a un punto determinado acciona un mecanismo, y este abre un
contacto unido al mecanismo de disparo, desconectando el circuito.