Teoria Automatización

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Introducción a la 
Automatización Industrial
Metodología
El curso se desarrolla en sesiones de teoría y 
laboratorio. En las sesiones de teoría, el docente 
presenta los conceptos y aplicaciones. En las 
sesiones de laboratorio, se resuelven diversos 
problemas y se analiza su solución. En todas las 
sesiones se promueve la participación activa del 
alumno. 
¿Porqué es importante el curso 
Automatización Industrial para un 
Ingeniero Industrial?
Automatización
Sistema de fabricación 
diseñado con el fin de usar 
la capacidad de las 
máquinas para llevar a 
cabo determinadas tareas 
anteriormente efectuadas 
por seres humanos
Fabrica antigua
Fabrica moderna
Proceso
Actuadores
Redes
Controladores
Software
Sensores
Componentes de la Automatización
• Movimientos lineales, 
rotativos ó combinados.
• Fuerzas y altas velocidades 
de operación.
• Sistemas de manipulación 
(pinzas y vacío)
Actuadores
Dispositivos que detectan
magnitudes físicas y las
transforman en señales
eléctricas.
Sensores
Controladores
Los PLC's o controladores 
lógicos programables, son 
dispositivos electrónicos 
creados específicamente
para el control de procesos secuenciales, con el fin de 
lograr que una máquina o cualquier otro dispositivo 
funcione de manera automática.
Programación de Controladores y 
visualización de procesos.
Software
Visualización y Supervisión
Visualización y Supervisión
Redes
 AS-i.
 Bus de campo.
 Ethernet.
Nivel de 
Gestión
Nivel de 
Supervisión
Nivel de 
Control
Nivel de 
Campo
La Pirámide de la Automatización
¿Cómo se automatiza un proceso?
1. Tecnología Neumática
2. Tecnología Hidráulica
3. Tecnología Eléctrica
La Neumática es la 
producción de trabajo 
mediante el aprovechamiento 
de la energía del aire 
comprimido
Tecnología Neumática
La Hidráulica es la ciencia 
de las fuerzas y 
movimientos transmitidos 
por líquidos.
Tecnología Hidráulica
Aplicaciones de la Hidráulica
Estacionaria
• Todo tipo de máquinas de producción y montaje
• Líneas de transferencia
• Equipos de elevación y transporte
• Prensas
• Máquinas para moldear por inyección
• Laminadoras
• Elevadores
Móvil
• Máquinas para la construcción.
• Volquetes, palas mecánicas, plataformas de carga.
• Sistemas de elevación y transporte
• Máquinas para la agricultura.
Aplicaciones de la Hidráulica
La eléctrica es el campo de 
la ingeniería que se ocupa 
del estudio y aplicación de 
la electricidad y 
electrónica.
Tecnología Eléctrica
Tecnología Eléctrica
Proceso automatizado
La acción humana 
por mecanismos
Energía Neumática
Energía Hidráulica
Energía Eléctrica
Combinación de las anteriores
Optimizar y hacer rentable 
el proceso
Múltiples sectores
sustituyen
accionados por con el objetivo de
siendo aplicables en
La Automatización Industrial permite:
Conclusiones
1. Mejorar la productividad de la empresa, reduciendo 
los costes de la producción y mejorando la calidad 
de los productos. 
2. Mejorar las condiciones de trabajo del personal, 
suprimiendo los trabajos penosos e 
incrementando la seguridad. 
3. Realizar las operaciones imposibles de controlar 
intelectual o manualmente. 
4. La tecnología a emplear depende del proceso que 
se desee automatizar.
Sensores Industriales
S
n
H
Histéresis: Es la diferencia entre el punto de activación y 
desactivación, necesaria para garantizar una conmutación 
confiable.
H  1% y el 15% de Sn
Sensores sin contacto físico - Histéresis
Rasante Saliente
Formas de montaje
d
2dd d
 3 
Sn
Distancias típicas:
Interferencias en el montaje
+ 18 a 30 Volts DC.
0 V
Sensor con contacto NA
Salida
Simbología:
B1
+ 18 a 30 Volts DC.
0 V
Sensor con contacto NC
Salida
Simbología:
B1
+ 18 a 30 Volts DC.
0 V
Ambos contactos NA y NC
Salida
Salida
Simbología:
B1
+ 18 a 30 Volts DC
0 V
Salida
0v
Tipo PNP
• La salida conecta a 24V
• Conmutación Positiva
Tipo PNP
• La salida desconecta los 24V
• Conmutación Positiva
24v DC
Conexión del sensor
Tipo NPN
• La salida conecta a 0v
• Conmutación Negativa
+ 18 a 30 Volts DC
0 V
Salida
24v 
DC
0v
Tipo NPN
• La salida desconecta los 0v
• Conmutación Negativa
Conexión del sensor
Óptico - Reflectivo
Inductivo
Reed switch
Inductivo 
magnético
Capacitivo
Símbolo
Óptico – Barrera
Óptico – Retro-
reflectivo
Sensores de proximidad
Transmisor Receptor
Sensor Óptico: de Barrera
Transmisor Recepto
r
Sensor Óptico: de Barrera
Material
Transmisor Recepto
r
Sensor Óptico: de Barrera
Transmisor Recepto
r
Sensor Óptico: de Barrera
Material
Distancia de sensado : hasta 30 metros con algunos dispositivos.
Puede detectar cualquier material, (los transparentes son los más 
complicados)
Transmisor Receptor
Sensor Óptico: de Barrera
Reflector 
(prisma)
T
RTransmisor 
/Receptor
Sensor Óptico: Retro reflectivo
Reflector 
(prisma)
Material
T
R
Sensor Óptico: Retro reflectivo
Transmisor 
/Receptor
Reflector 
(prisma)
T
R
Sensor Óptico: Retro reflectivo
Transmisor 
/Receptor
Reflector 
(prisma)
Distancia de sensado : 1/2 to 1/3 del de Barrera.
No es útil para materiales reflectivos o transparentes.
El material debe ser capaz de cubrir el reflector.
T
R
Sensor Óptico: Retro reflectivo
Transmisor 
/Receptor
Material
Material
T
RTransmisor 
/Receptor
Sensor Óptico: Reflectivo
T
R
Sensor Óptico: Reflectivo
Transmisor 
/Receptor
Distancia de sensado : Mucho menor que para el Retro reflectivo, la 
distancia depende del color y tipo de superficie del objeto.
El mayor tamaño del material permite mayores distancias. 
No es aplicable en zonas con polvillo en el ambiente.
T
R
Sensor Óptico: Reflectivo
Material
Transmisor 
/Receptor
Datos técnicos - Sensor Óptico
Fibra óptica
Fibra de vidrio Fibra de polímero
Sensor Inductivo
Cable de conexión
LED indicador
Bobina resonante
Superficie activa
Campo magnético de alta 
frecuencia
(300 to 800 kHz) 
Sensor Inductivo
Sensor
Amplitud 
de
oscilación
Salida 
de
Señal
ON
OFF
Materia
l
Sensor Inductivo
ON
OFF
Sensor
Amplitud 
de
oscilación
Salida 
de
Señal
Material
Sensor Inductivo
ON
OFF
Sensor
Amplitud 
de
oscilación
Salida 
de
Señal
Material
Puede detectar cualquier material conductivo.
Las distancias se indican para el hierro dulce.
El comportamiento del sensor se ve afectado 
por:
• Temperatura
• Tipo de material a detectar
• Dimensiones del material
Sensor Inductivo
Datos técnicos - Sensor Inductivo
Cápsula de vidrio 
con Nitrógeno
Contactos LED
Sensor Reed
24v
Sensor Reed
Debe evitarse la interferencia magnética con otros dispositivos.
El punto de conmutación varía, dependiendo del sentido de aproximación.
Se debe limitar la corriente máxima para evitar el calentamiento de los contactos.
Sensor Reed
Cable de 
conexión
LEDBobina resonante
Campo 
magnético de 
alta frecuencia
Sensor Magnético Inductivo
24v
Sensor Magnético Inductivo
La operación es Inductiva - pero sólo reacciona ante campos 
magnéticos.
Debe evitarse la interferencia con otros campos magnéticos.
Alta frecuencia de conmutación - 1kHz
Sensor Magnético Inductivo
Datos técnicos - Sensor Magnético Inductivo
Cable de conexión
Tornillo de ajuste
LED
Superficie activa
Electrodo activo
Electrodo de tierra
Campo eléctrico
El sensor reacciona 
ante un cambio en la 
capacitancia de su 
zona activa.
Sensor Capacitivo
Material
Sensor Capacitivo
Sensor Capacitivo
Detecta cualquier material cuya 
densidad varíe respecto a la del 
aire (más lejos cuanto mayor sea 
esa diferencia ). 
Puede ajustarse su sensibilidad.
Su respuesta puede verse 
afectada por las características 
del ambiente.
Sensor Capacitivo
El sensor se ajusta 
para que no “vea” la 
pared del 
contenedor.
Sensor Capacitivo - Ajuste de sensibilidad
Cuandoel nivel crece, el 
fluído afecta a la zona activa 
del sensor, y como resultado 
se emite una señal.
Sensor Capacitivo - Ajuste de sensibilidad
Datos técnicos - Sensor Capacitivo
+ 18 a 30 Volts DC.
0 V
Salida
Inductiv
o
Capacitiv
o
Óptico
Magnétic
o
Contacto NA
Contacto NC
Simbología del Sensor
B1
+ 18 a 30 Volts DC.
0 V
Salida
Simbología del Sensor - Ejemplo
B1
Resúmen de emisores de señal sin contacto
Elementos de la 
cadena de mando Actuadores
Maniobra
Procesamie
nto
Señales
Alimentaci
ón
Actuadores neumáticos y electro 
neumáticos
PROPIEDADES DEL AIRE COMPRIMIDO
• Abundante
•Transporte
• Almacenable 
• Antideflagrante
• Limpio 
• Velocidad
Ventajas
• Ruido
• Fuerza
• Preparación
• Compresibilidad
• Costos 
Desventajas
NEUMATICA
Producción de trabajo mediante el 
aprovechamiento de la energía del 
aire comprimido
La unidad de 
mantenimiento 
representa una 
combinación de los 
siguientes elementos
•Filtro de aire 
comprimido
•Regulador de Presión
•Lubricador de aire 
comprimido.
ACTUADORES
Cilindro de simple efecto
Cilindro de doble efecto
Cilindro con amortiguación neumática
Cilindro con detección magnética
Motor neumático
Cilindro giratorio
Actuadores:
PARTES DE UN CILINDRO A. Tuerca del vastago
B. Vastago 
C. Tapas posterior y anterior
D. Junta del Vastago O 
Rascador
E. Cojinete del Vastago
F. Junta de Amortiguacion
G. Anillo de Amortiguacion
H. Camisa del Cilindro
I. Amortiguacion
J. Junta del embolo
K. Reten
L. Anillo Deslizante
M. Embolo
N. Rosca
Clases de Cilindros
• Simple efecto con / sin resorte
• Doble efecto
• Sin vástago
• Giratorio
• Tandem
• Duplex
• Anclajes
Simple efecto con resorte
• Producen trabajo en una sola 
dirección
• Normalmente in
• Normalmente out
Simple efecto sin resorte
• Requieren de alguna fuerza 
externa (gravedad) para 
hacerlo regresar
Doble efecto amortiguación fija
• Los cilindros de diámetro pequeño tienen amortiguadores no 
ajustables
Doble efecto amortiguación ajustable
• Se desacelera la velocidad del piston al final de su carrera
Doble efecto magnéticos
• Se les utiliza con sensores de posición para ajustar la carrera del 
pistón
Cilindros giratorios
• Utilizados para girar elementos de trabajo u operar valvulas de 
control de procesos
• Permiten el giro de hasta 360o
• Existen dos tipos:
• De vena giratoria
• De tornillo sinfin y piñón
Cilindro de Vena Giratoria
• Doble efecto de hasta 270 de ángulo de giro
Cilindros sin vástago
• Con amortiguación ajustable
Guías
• Guias internas se usan en 
aplicaciones de poca carga 
o peso
• Guias externas permiten su 
uso en aplicaciones con 
mayor carga o peso
• Guias de rodillo (roller) se 
usan para conseguir más 
precisión y area de apoyo
• Para max precisión se 
puede usar un carro (UW) 
anexado a dos guias 
externas Roller
Interna Externa
UW
Fuerza (diámetro) Diámetros Estandar 
(mm)
SELECCIÓN DE CILINDROS
Carrera
Longitudes de carrera
Cilindros Compactos (mm): 5, 10, 15, 20, 25, 30 , 40, 50, 60, 80
Cilindros normalizados(mm): 25, 40, 50, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 320, 
400, 500
Carreras Disponibles hasta 2000mm
Carrera
Ejemplo
Masa = 40 kg => Aprox. Carga de 400N
Carrera = 150 mm
Presión de trabajo = 6 bar
Diámetro del cilindro = ? 
Diagrama de Fuerza del Cilindro
Accesorios de Montaje
Montajes
A AK B C D D2
F G L M R S
SS SW UF UH UL UR
US NUT
Válvulas Neumáticas
Válvulas distribuidoras: Características
Válvulas distribuidoras: Simbología
DIN ISO ASA
PRESION P 1 IN
SERVICIO A, B 2, 4 OUT
ESCAPES R, S 3, 5 EXT, EXH
PILOTAJES Z, Y, X 12, 14 PIL
Nomenclatura de Válvulas
Accionamiento en un Sistema Neumático
Accionamiento en un Sistema Neumático
Ejemplos de Válvulas
tiempo real
t [s]
0.5 2 53 4
1
CICLO DE OPERACION
Ejemplos de Válvulas
Cilindro simple efecto controlado por una válvula 3/2 
• Una válvula 3/2 posee dos 
posiciones: abierta o 
cerrada
• Se utiliza para controlar un 
cilindro de simple efecto
• En la posición normal, la 
válvula está cerrada 
(accionada por el resorte)
• En la posición conmutada 
la válvula está abierta 
(accionada por el botón)
• El boton debe mantenerse 
apretado para que el 
vástago se mantenga 
extendido
1
2
3
12 10
• Una válvula 3/2 posee dos 
posiciones: abierta o 
cerrada
• Se utiliza para controlar un 
cilindro de simple efecto
• En la posición normal, la 
válvula está cerrada 
(accionada por el resorte)
• En la posición conmutada 
la válvula está abierta 
(accionada por el botón)
• El boton debe mantenerse 
apretado para que el 
vástago se mantenga 
extendido
12 10
1
2
3
Cilindro simple efecto controlado por una válvula 3/2 
• Una válvula 5/2 siempre 
está abierta (permite el 
paso del aire). Se usa para 
controlar un cilindro de 
doble efecto
• En la posición normal la 
válvula permite el paso del 
aire hacia el puerto de 
salida 2 (el puerto 4 permite 
el escape del aire hacia el 
puerto 5)
15 3
1214
4 2
Cilindro doble efecto controlado por una válvula 5/2 
• Una válvula 5/2 siempre está 
abierta (permite el paso del 
aire). Se usa para controlar un 
cilindro de doble efecto
• En la posición normal la válvula 
permite el paso del aire hacia el 
puerto de salida 2 (el puerto 4 
permite el escape del aire hacia 
el puerto 5)
• En la posición conmutada 
permite el paso del aire hacia el 
puerto de salida 4 (el puerto 2 
permite el escape del aire hacia 
el puerto 3)
1214
15 3
4 2
Cilindro doble efecto controlado por una válvula 5/2 
ESTRUCTURA DE UN SISTEMA NEUMÁTICO
ESTRUCTURA DE UN SISTEMA NEUMÁTICO
Electro - válvulas:
– Las electro - válvulas se accionan por solenoides. 
Bajo el devanado de la bobina se dispone una 
armadura de hierro. Una leva no magnética se 
incorpora embebida en la armadura. Si se alimenta 
con tensión a la bobina, se forma un campo 
magnético que atrae la armadura hacia el núcleo. 
La leva que esta unida a la armadura conmuta 
entonces la válvula.
Funcionamiento y características de los 
elementos de control eléctrico.
• Electromagnetismo.
– Rama de la electricidad que estudia los efectos 
magnéticos de la corriente eléctrica. Toda corriente 
produce efectos magnéticos.
• Relevadores:
– Interruptores accionados electromagnéticamente. 
Constan de una carcasa con un electro imán y contactos 
móviles. Cuando se aplica una tensión a la bobina de un 
electroimán, se genera un campo electromagnético. Esto 
produce la atracción de la armadura móvil hacia el 
núcleo de la bobina. La armadura arrastra al conjunto de 
contactos. 
Relé
• Relés:
– Aplicaciones:
• como interfaces entre circuitos de control y circuitos de 
carga.
• para la multiplicacion de señales.
• separación de corrientes DC Y AC.
• para retrasar, generar y convertir señales
• Guardar información.
Temporizador con demora en la conexión
Comportamiento de señal:
Memoria - Circuito eléctrico de 
retención
Memorias
HO
ME
C:/Documents and Settings/icruz.URP/Configuración local/Archivos temporales de Internet/OLK5C/NEUMATICA Y ELECTONEUMATICA INDUSTRIAL.ppt#4. Diapositiva 4
Señales
Las señales pueden provenir de:
Emisores de señal con contacto 
físico:
Emisores de señal sin contacto 
físico:
Emisores de señal con contacto físico - Manual
Emisores de señal con contacto físico - Mecánico
1 - Resorte
2 - Soporte
3 - Leva de 
accionamiento
4 - Eje
5 - Resorte de copa
6 - Resorte de presión
7 - Contacto móvil
Datos técnicos - Final de carrera
Emisores de señal con contacto físico - Resúmen DIN 40713