Guía de Práctica 4

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PRÁCTICA 4
IMPLEMENTACIÓN ELÉCTRICA DE OPERADORES LÓGICOS (LÓGICA CABLEADA)
Objetivos:
Aprender la equivalencia de las funciones lógicas AND, OR y NOT utilizando lógica cableada.
Comprobar el funcionamiento eléctrico simulando con el software gratuito CADe SIMU un ejemplo de automatización.
Fundamento Teórico:
Conceptos básicos de electricidad:
El uso de las funciones lógicas es fundamental dentro de áreas como el control y la automatización, ya que nos permiten obtener una visión lógica del funcionamiento del sistema que queramos automatizar. En las prácticas anteriores aprendimos del uso de funciones lógicas y experimentamos con circuitos integrados los cuales trabajan con corriente eléctrica continua (DC) y en tensiones de 5 voltios.
	
	UNC
Facultad de Ingeniería en Industrias Alimentarias
	Mg. Ing. Chris Rojas Vergara CIP: 122582 chris.rojas.vergara@gmail.com
Ahora revisaremos los mismos conceptos, pero cambiando de perspectiva, esta vez usaremos la lógica cableada para resolver problemas de automatización; esta lógica cableada es independiente de la tensión de control o el tipo de corriente (alterna o continua). La característica principal de esta lógica es "energizar" aquello que queramos que se ponga en funcionamiento.
Para iniciar, es importante aprender algunos conceptos básicos de la lógica cableada; algunos de sus componentes.
Contacto normalmente abierto: Representado por una línea discontinua ya sea vertical u horizontal, se tienen normalmente, 3 formas de representar un contacto normalmente abierto: Eléctrico Vertical, Eléctrico Horizontal y Ladder o Escalera, este último comúnmente es utilizado en la programación con PLCs.
Al ser discontinua, expresa que la corriente (flecha verde) NO fluye desde uno de sus extremos (A) hacia el otro (B) sino que se trunca.
	Eléctrico
	Eléctrico
	Ladder/
	Vertical
	Horizontal
	Escalera
Asimismo, los contactos son nombrados por lo general con una letra k seguida por otra letra o número que lo diferencie de otros contactos dentro de un circuito.
	
— 
El término "normalmente" hace referencia a que el estado común del contacto es abierto en este caso, sin embargo, de suscitarse un cambio en su relé asociado, pasará a su estado no "normal" el cual es el inverso, es decir el contacto "normalmente abierto" pasará a ser cerrado cuando su relé asociado se energice.
Contacto normalmente cerrado: Tiene una representación muy similar a un contacto abierto, pero se diferencia en que una línea oblicua hace contacto entre los puntos que antes se graficaban como abierto o discontinuo. De igual modo se pueden tener las 3 mismas representaciones: Horizontal, vertical y Ladder o Escalera.
Relé p Bobina: Este elemento es al que se energiza/desenergiza según el cableado eléctrico. A diferencia de los contactos, este elemento tiene un nombre definido para cada extremo de sus conexiones, éstas se llaman Al y A2.
	Eléctrico
	Eléctrico
	Ladder/
	Vertical
	Horizontal
	Escalera
	Automatización de Procesos 2020 1	1
	Automatización de Procesos - 2020 1	2
	Automatización de Procesos - 2020 1	2
	Eléctrico
	Eléctrico
	Ladder/
	Vertical
	Horizontal
	Escalera
Evidentemente, en este tipo de contacto, la corriente SI fluye desde el punto A hacia el punto B.
	
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	Mg. Ing. Chris Rojas Vergara CIP: 122582 chris.rojas.vergara@gmail.com
El término "normalmente" hace referencia a que el estado común del contacto es cerrado en este caso, sin embargo, de suscitarse un cambio en su relé asociado, pasará a su estado no "normal" el cual es el inverso, es decir el contacto "normalmente cerrado" pasará a ser abierto cuando su relé asociado se energice.
Nótese que en las representaciones no se han incluido las flechas ya que en estos componentes lo importante no es que la corriente fluya, sino que la corriente llegue a energizar el dispositivo. Al igual que los contactos, se tiene nomenclatura que por lo general empieza con una letra k.
Deben tener en cuenta que cuando se realiza un plano eléctrico, al incluir un relé, siempre se tendrá un contacto con la misma nomenclatura en alguna otra parte del plano, es decir que contacto y relé se asocian.
Con esto, se introducen los siguientes términos:
Pulsadores e Interruptores:
A diferencia de los contactos que son accionados por su relé asociado, los pulsadores o interruptores son elementos accionados por lo general por la acción humana, es decir una persona activa o desactiva el pulsador/interruptor y genera el cambio de estado de abierto a cerrado y viceversa, su representación es como figura en la siguiente imagen:
	NC
	
	
	
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Se tiene del mismo modo, pulsadores / interruptores con conexiones normalmente abiertas (NA) y normalmente cerradas (NC).
Antes de continuar; revisar el siguiente video para una explicación más detallada y visual.
https://www.youtube.com/watch?v=fJgCXCw Huo
Dentro del vídeo anterior, el exponente habla sobre interruptores,	para nosotros,	un interruptor no es considerado lo mismo que un contacto, ya que un interruptor requiere de una acción manual para cambiar de estado, mientras que un contacto normalmente abierto o cerrado cambia de estado al energizarse o des energizarse su relé asociado.
Para mas detalles sobre relés y su funcionamiento, ver los siguientes videos.
https://www.youtube.com/watch?v=EmUTPoda478
https://www.youtube.com/watch?v=9Q8KoVW9610
Equivalencia con la lógica booleana:
Las funciones booleanas pueden ser representadas también a través de conexiones eléctricas usando contactos normalmente abiertos conectados en formas especiales.
Conexión tipo AND:
La compuerta AND es equivalente a dos interruptores o pulsadores conectados "en serie" (es decir uno a continuación del otro). En la imagen se presentan 2 pulsadores; A y B, se presenta también una bobina o relé Q1. En este circuito la energía es brindada por los cables Ly N, para que el relé se energice, la corriente debe fluir desde L hasta Al y de N hasta A2, como podemos observar N ya está conectado a A2, por lo que solo falta que L llegue hasta Al.
	
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Las equivalencias a los valores lógicos 0 y 1 serán pulsador suelto y pulsador presionado respectivamente, mientras que para el relé o bobina Q1, el estado 1 será energizado y 0 desenergizado.
Representando toda la tabla de verdad se obtiene lo siguiente:
11
1
1
Como se puede observar, un circuito serie es equivalente a la compuerta AND.
Las flechas verdes denotan el recorrido del flujo de corriente desde el punto L
Se puede observar como para los contactos cerrados, la corriente fluye a través de ellos, mientras que, en los contactos abiertos, la corriente se trunca y no pasa.
	
	
	
	
14
	
	
	
	
	
	
	
	
	
Conexión tipo OR:
La compuerta lógica OR es expresada mediante un circuito denominado "Conexión en paralelo" donde los interruptores o pulsadores son colocados uno frente al otro y
14	su conexión eléctrica consiste ten er	los	extremos
conectados entre sí de manera común.
En la imagen de la izquierda se muestran 2 pulsadores C y D, y un relé o bonina Q2.
	
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Representando toda la tabla de verdad, se obtiene lo siguiente:
Como puede observarse en la imagen de la izquierda, todos los valores de la tabla de verdad de la compuerta OR son obtenidos utilizando un circuito eléctrico en conexión en paralelo.
Las flechas verdes denotan el recorrido del flujo de corriente desde el punto L
Se puede observar como para los contactos cerrados, la corriente fluye a través de ellos, mientras que, en los contactos abiertos, la corriente se trunca y no pasa.
Conexión Tipo NOT:
La conexión equivalente a la compuerta NOT simplemente es el contacto normalmente cerrado, el cualmientras está suelto deja fluir la corriente eléctrica (1), mientras que cuando lo presionan o accionan, interrumpe el flujo de corriente (O) •
1=0
Nótese que, para un contacto normalmente cerrado, cuando no se lo presiona (entrada = O) si deja pasar la corriente (Salida = 1), mientras que al presionarlo (entrada = 1), la salida se des energiza (Salida = O)
	
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A continuación, procederemos a instalar un softwar de simulación eléctrico. Y la pregunta puede surgir: ¿por qué no se continúa simulando con PROTEUS?. Como se había comentado en su momento, PROTEUS es un excelente simulador, sin embargo, está diseñado para trabajar con circuitos digitales y aunque tiene la capacidad de simular circuitos eléctricos, no cuenta con la simbología estándar utilizada en este tipo de circuitos.
Software CADe SIMU:
Obtener el software CADe SIMU es gratis y lo pueden descargar desde el siguiente link:
https://www.malavida.com/es/soft/cade-simu/descargar
No requiere tener una computadora robusta ya que consume pocos recursos. Cuando se ejecute la aplicación, pedirá una clave numérica, teclea el número 4962.
	CLAVE DE ACCESO
Introduzca la clave de accesa
	
	xxxxxx
	
	2
	
	4
	5
	
	7
	
	
	
	
	Cni
	
— 
Ver el siguiente video para mayor referencia de como iniciar con el Sofware CADe SIMU.
https://www.voutube.com/watch?v= 70DXpPDQ78
Ejemplo: Veremos un ejemplo de automatización muy común, de hecho, es el ejercicio extra dejado en la guía anterior; en la presente guía lo resolveremos utilizando la lógica cableada.
En una casa se tiene un sistema de almacenamiento de agua en tanque elevado, se cuenta con una bomba que toma el agua de un tanque subterráneo y dependiendo del nivel de agua presente en el tanque elevado, se enciende o apaga para llenarlo. Esto se realiza del siguiente modo:
	
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En el tanque elevado se tienen dos sensores; A y B, cada uno de ellos se activa (pasa a 1 lógico) cuando entra en contacto con el agua, y se desactiva (pasa a O lógico) cuando el agua ya no lo toca. Se han colocado los sensores conforme figura en la imagen siguiente.
El objetivo es lograr que la bomba Q se encienda cuando el nivel de agua llegue hasta el sensor A, y se mantenga encendida hasta que el nivel esté por debajo del sensor B.
	
	
TANQUE ELEVADO
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
Indique las variables de entrada y salida.
Solución: Las variables de entrada son A, B y Q.
Explicación: Aunque lo normal es decir que las variables lógicas de entrada son sólo A y B, en realidad para resolver este ejercicio necesitamos el estado "actual" de la bomba Q, lo que podemos interpretar como que el estado de Q como variable de entrada es el estado en el que se encuentra la bomba antes de iniciar a analizar el estado las variables de entrada para cada combinación.
La variable de salida es la bomba Q. (Sí, efectivamente una variable puede ser de entrada y salida a la vez)
· Elabore la tabla de verdad del comportamiento deseado
	
	
	
	
	o
	o
	o
	Se Enciende bomba = 1
	o
	o
	1
	Se mantiene Apagada = O
	o
	1
	o
	Esta condición es imposible (Analiza)
	o
	1
	1
	Se mantiene Apagada = 0 (nivel alto)
	1
	o
	o
	Se Mantiene Encendida = 1 (está llenando)
	1
	o
	1
	Se mantiene encendida = 1 (está llenando)
	1
	1
	o
	Esta condición es imposible (Analiza)
	1
	1
	1
	Se apaga la bomba = O (por nivel alto)
· Diseñe el diagrama de circuito eléctrico
Este ejercicio se resolverá utilizando álgebra booleana, para ello tomamos en cuenta solo aquellas condiciones en las que el resultado es 1 lógico, con ello extraemos la siguiente ecuación de solución.
Q = QÃÊ + QÃb + QÃB	Ecuación 1
A partir de la ecuación 1, procedemos a reducirla.
	
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Q = + QÃB	Ecuación 2
Ecuación 3
	Ecuación 4
Q =ÃÊ+ÃQ	Ecuación 5
Haciendo el circuito equivalente a la ecuación, obtenemos lo siguiente.
Podemos dar mas detalle de este circuito de la siguiente forma: 10 describimos las ramas en estado normal o negado.
	Automatización de Procesos 2020 1	1
	Automatización de Procesos 2020 1	1
	Automatización de Procesos - 2020 1	2
2 0 Describimos lo que significa que los contactos estén en serie, es decir la equivalencia a la función lógica AND.
Automatización de Procesos- 2020 1
Automatización de Procesos- 2020 1
Automatización de Procesos- 2020 1
	
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30 al tener los términos ÃÊ y ÃQ como conexión en paralelo, esto equivale a la compuerta lógica OR, por lo que el resultado sería:
Q=ÃÊ+ÃQ
Con este circuito eléctrico se tendrá automatizado el sistema de bombeo en una casa común para un tanque elevado.
Pueden implementar este circuito en CADe SIMU y probardesechos. De tener un grano correcto, el pistón dejará pasar funcionamiento activando / desactivando los interruptores. el grano por lo que al final de la faja se tiene una caja de granos seleccionados. Desarrollo de ejercicios y reporte de práctica:
Indicaciones:	Consideraciones:
· La faja se mueve gracias a un motor denominado F.
· Lea detenidamente el problema.		El funcionamiento del sistema se da apenas se lo
· Desarrolle cada ejercicio conforme al detalle de cada uno. energiza, es decir no se han considerado botones para arrancar o detener el proceso.
Eiercicios a desarrollar:
· La cámara activa los elementos SI, S2 y S3, uno a la vez,
	
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1. Ejercicio 1: (40% de calificación total) En el ejemplo expuesto es decir no activará mas de uno al mismo tiempo. Con en la guía, se implementó el circuito eléctrico equivalente a esto se reduce la cantidad de combinaciones en la tabla la ecuación 5.	de verdad. Para este ejercicio se le pide implementar el circuito eléctrico equivalente a la ecuación 4.
2. Ejercicio 2: (50% de calificación total) En una planta de producción de granos se tiene una faja transportadora la cual mueve lo granos que caen desde un silo. En el punto final de la faja, se tiene una cámara que tiene 3 contactos de salida:
Caja de
SI, S2 y S3; la salida SI se activa cuando el grano es desechos considerado muy pequeño, la salida S2 se activa cuando el grano es considerado demasiado grande y finalmente la salida S3 se activa cuando el grano es adecuado para el proceso. Dependiendo de la activación de la salida, se cuentaCaja de con un pistón que desecha los granos considerados no aptos,adecuadosgranos por lo que cuando el grano no sea el correcto, el pistón se activará y expulsará el grano en cuestión hacia una caja de
10
a. Indicar cuáles son las variables de entrada y salida (10%)
b. Determinar la tabla de verdad del problema de automatización (25%)
c. Determinar la ecuación algebraica que resuelve el ejercicio (25%)
d. Elaborar el circuito eléctrico que cumpla con el funcionamiento de la ecuación. (40%)
3. Eiercicio 3: Cuestionario (10%)
En el apartado de Conclusiones Personales de su Reporte, deben redactar un párrafo en el que se debe contestar las siguientes preguntas:
	
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1. Dentro del ejercicio de ejemplo, indique usted ¿cómo es que se pasó de la ecuación 3 a la 4?, ¿qué se aplicó para llegar a eso?
2. ¿En qué problemas reales de su carrera podría utilizar lo aprendido en la presente práctica?
3. ¿Qué dificultades encontraste durante el desarrollo de la práctica?
11