Montaje de instalaciones automatizadas. ELEE0109

Por Ramón Guerrero Pérez

Libro especializado que se ajusta al desarrollo de la cualificación profesional y adquisición del certificado de profesionalidad "ELEE0109 - MONTAJE Y MANTENIMIENTOI DE INSTALACIONES ELÉCTRICAS DE BAJA TENSIÓN". Manual imprescindible para la formación y la capacitación, que se basa en los principios de la cualificación y dinamización del conocimiento, como premisas para la mejora de la empleabilidad y eficacia para el desempeño del trabajo.

• Idioma: Español
• Editorial: IC Editorial
• Fecha de lanzamiento: 28 jun 2023
• ISBN: 9788411038928

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Capítulo 1

Instalaciones automatizadas

Contenido

1. Introducción

2. Instalaciones automatizadas. Aplicaciones típicas. ITC-BT-51

3. Tipos de sensores. Características y aplicaciones

4. Actuadores

5. Control de potencia. Arranque de motores

6. Protecciones contra cortocircuitos, derivaciones y sobrecargas

7. Arrancadores estáticos y variadores de velocidad electrónicos

8. Controladores programables

9. Resumen

1. Introducción

Automatizar significa establecer un sistema capaz de sustituir al hombre (total o parcialmente) en el desempeño de una tarea que debe efectuarse de forma fiable y satisfactoria. Las instalaciones que son capaces de desempeñar este tipo de procesos automáticos se denominan instalaciones automatizadas.

Las instalaciones o sistemas automatizados presentan dos ámbitos o niveles de aplicación fundamentales:

Instalaciones automatizadas industriales.

Instalaciones automatizadas en viviendas y edificios (domóticas).

Las instalaciones automatizadas industriales suelen establecerse para que constituyan sistemas que sean capaces de optimizar procesos, reducir costes y mano de obra, acelerar la producción, etc. Un ejemplo de una instalación automatizada industrial puede ser la gestión del traslado de una mercancía a través de una cinta transportadora.

Por otro lado, los sistemas domóticos son aquellas instalaciones aplicadas a viviendas y edificios que tienen la finalidad de proporcionar confort, seguridad y ahorro energético. Un ejemplo de instalación domótica muy usual es el control de toldos y persianas en función de la luminosidad o de la ausencia/ presencia de inclemencias meteorológicas.

2. Instalaciones automatizadas. Aplicaciones típicas. ITC-BT-51

A este tipo de instalaciones se les aplica la normativa del REBT en la instrucción ITC-BT-51.

Antes de comenzar a estudiar los fundamentos relacionados con las instalaciones automatizadas, es conveniente conocer ciertas definiciones básicas. Estas son las siguientes:

Automática: se puede definir como el estudio de los procedimientos que van destinados a la sustitución del operario humano por un sistema artificial cuyo fin es la realización de una tarea que estará previamente planteada o programada.

Automatización industrial: es la aplicación y el estudio de la automática para establecer sistemas que sean capaces de controlar procesos en el ámbito industrial.

Automatismo: es un dispositivo que es capaz de sustituir acciones manuales para garantizar el buen funcionamiento de una máquina o incluso de una instalación.

Autómata: es un dispositivo capaz de realizar el funcionamiento de un automatismo. Esto es posible gracias a un programa informático implantado en el autómata que puede ser escrito y modificado desde un terminal externo.

Domótica: se puede definir como la automatización aplicada a la vivienda, por lo que engloba las tecnologías y mecanismos dedicados a controlar procesos dentro del hogar.

Autómata programable

2.1. Elementos de una instalación automatizada

Los elementos que constituyen una instalación automatizada se pueden clasificar en dos bloques fundamentales: elementos operativos y elementos de mando.

Elementos operativos

Los elementos operativos son capaces de actuar directamente sobre una máquina o bien detectar variaciones en el entorno que condicionará el funcionamiento de la instalación. Estos elementos pueden hacer que una máquina se mueva o efectúe una acción determinada. Los elementos operativos se dividen en dos grupos: los accionadores o actuadores (motores) y los sensores o captadores (fotodiodos, sensores de temperatura, etc.).

Accionadores o actuadores

Un accionador es un dispositivo que, en respuesta a la señal procedente de un elemento de mando, actúa sobre alguna variable de salida, ya que es capaz de transformar la señal que recibe (por lo general, procedente de un automatismo) en un trabajo útil.

Los accionadores suelen estar gobernados por un elemento de mando y pueden requerir de algún preaccionamiento para amplificar la señal que se les suministra. Esta amplificación previa consiste en permitir o interrumpir el suministro de energía desde la fuente al accionador.

Definición

Preaccionadores

Son dispositivos que se utilizan para gobernar y activar a los actuadores y, a menudo, se consideran también como actuadores.

Los motores de corriente continua y alterna son los actuadores más utilizados en el ámbito industrial.

Motor de corriente continua de excitación independiente. WEG antriebe

Sensores o captadores

Los sensores son dispositivos capaces de adquirir información del entorno. Dicha información puede estar relacionada con la variación de magnitudes físicas concretas o con el estado de determinados componentes. La variación de la magnitud medida, es enviada al elemento de mando en forma de magnitud eléctrica.

Para convertir las magnitudes físicas captadas en magnitudes eléctricas, se emplean los denominados transductores. Estos se clasifican según el tipo de señal de transmisión:

Transductores todo o nada: los transductores todo o nada pueden transmitir una señal binaria (0, 1). Los finales de carrera son un ejemplo de transductores de este tipo.

Final de carrera

Transductores numéricos: transmiten combinaciones binarias. Los encoders son transductores de este tipo.

Transductores analógicos: suministran una señal analógica (5 V, 24 V, etc.).

Elemento de mando

El elemento de mando suele ser un autómata programable, aunque también pueden utilizarse otros aparatos controladores.

El elemento de mando constituye el centro del proceso automatizado y debe ser capaz de comunicarse con todos y cada uno de los dispositivos que constituyen la instalación automatizada.

Aplicación práctica

Identifique los elementos (A, B, C) del siguiente diagrama de bloques que representa parte de una instalación automatizada:

SOLUCIÓN

Sensor.

Transductor.

Actuador/accionador.

2.2. El autómata programable

La mayor parte de los procesos que existen en el ámbito industrial suelen controlarse con sistemas basados en microprocesadores o microcontroladores. Dentro de este tipo de sistemas, los autómatas programables son los más extendidos. A continuación, se muestra el esquema interno de un autómata programable:

Definición

Autómata programable

Los autómatas programables, también denominados como PLC`s, son equipos electrónicos basados en un microprocesador o microcontrolador. Pueden ser programados mediante un lenguaje de programación específico y están especialmente diseñados para controlar procesos que sigan una secuencia determinada.

Dentro de un proceso, el autómata programable tiene que tener un absoluto control sobre el mismo.

El siguiente esquema muestra la posición del autómata dentro de un proceso:

El programa del autómata recibe continuamente información del estado actual (y anterior) del proceso. En base a esta información y, de acuerdo con el algoritmo implementado, el autómata procesa y determina las acciones a llevar a cabo sobre dicho proceso.

Las señales que reciben los elementos actuadores se conocen como variables externas de salida, mientras que las señales que proporcionan los sensores se denominan variables externas de entrada.

Variables

Existen dos tipos de variables que el autómata maneja en el control de un proceso: variables externas y variables internas.

Variables externas

Dentro de las variables externas que recibe/envía el autómata pueden distinguirse las siguientes.

Variables todo o nada (digitales)

La señal recibida procedente de un final de carrera. Es un claro ejemplo de señal todo o nada.

Los autómatas programables trabajan con lógica digital, por ejemplo, cuando un pulsador esté activado enviará una señal que será tomada como 1. Esta señal será 0 en caso de que el interruptor esté cerrado o desactivado.

Los autómatas programables presentan unas módulos de entrada/ salida (del tipo todo/nada) que hacen posible que el autómata pueda trabajar con los rangos de señales de tensión alterna o continua que se utilizan en el ámbito industrial (220 V CA, 24 V CC, etc.).

Variables analógicas

La señal que proporciona un termómetro es un claro ejemplo de señal analógica, ya que son señales que pueden tomar multitud de valores (0 ºC, 25 ºC, 40 ºC, etc.). Como el autómata trabaja con señales digitales, los módulos de entrada/salida analógica deben convertir estas señales (conversión analógica-digital) empleando generalmente convertidores de 8 bits.

Variables internas

Las variables internas suelen corresponder a resultados de operaciones lógicas o aritméticas que se producen en la ejecución del programa interno del autómata y, al igual que las variables de salida, estas son almacenadas en determinadas zonas de la memoria interna del autómata.

El siguiente esquema de bloques representa la estructura interna de un autómata programable.

Según se puede observar en el diagrama, la fuente de alimentación de los autómatas programables se alimenta a 230 V en alterna y proporcional salidas de 24 V y 5 V en continua para alimentación de otros módulos.

Programación del autómata

Programar un autómata significa establecer una secuencia ordenada de instrucciones basadas en un lenguaje de programación que permiten resolver el control sobre un determinado proceso.

No existe una única descripción para cada lenguaje, sino que cada fabricante utiliza una denominación particular para cada una de las instrucciones que pueden implementarse en el programa del autómata. No obstante, pueden distinguirse las siguientes dos tipologías claramente diferenciadas:

Lenguaje por lista de instrucciones: consiste en una serie de códigos donde, cada uno de los cuales, representa una instrucción concreta y, cada fabricante, utiliza códigos y nomenclaturas diferentes para referirse a estas instrucciones.

Lenguaje en esquema de contactos: es un lenguaje gráfico basado en esquemas y símbolos eléctricos. La principal ventaja de este lenguaje frente al de lista de instrucciones es que su simbología básica está normalizada, es decir, es la misma para todos los fabricantes.

2.3. Domótica: viviendas inteligentes. Concepto y aplicaciones

La domótica engloba al conjunto de sistemas que automatizan procesos en viviendas y edificios. Estos sistemas permiten gestiones de tipo energético, seguridad, bienestar y comunicación.

Los equipos domóticos pueden estar integrados mediante redes de comunicación, cableadas o inalámbricas, cuyo control suele disfrutar de cierta ubicuidad.

Definición

Domótica

Integración de la tecnología en el diseño inteligente de un recinto.

Aplicaciones

Respecto a los servicios que ofrece la domótica, pueden diferenciarse los siguientes ámbitos de aplicación fundamentales:

Ahorro energético: dentro de este ámbito pueden distinguirse los sistemas de gestión de climatización, la desconexión automática de equipos cuyo funcionamiento no es prioritario y la gestión de aparatos según las tarifas establecidas.

Confort: en este ámbito, se pueden enumerar los sistemas de regulación, apagado y encendido automático de la iluminación de la vivienda según el nivel de iluminación, integración del portero a otros aparatos (teléfono, televisor), ocio multimedia, etc.

Seguridad: respecto al aumento del nivel de seguridad de la vivienda, destacan los sistemas domóticos que permiten simulaciones de presencia, detecciones de fuego, gas y agua, teleasistencia médica, cerramiento seguro de persianas y acceso a cámaras de videovigilancia.

Control domótico

Aplicación práctica

Imagine un sistema domótico que riegue automáticamente el césped de un jardín. ¿Qué tipo de beneficio cree que proporcionará?

SOLUCIÓN

Aunque se puede pensar que este sistema tendría como principal objetivo proporcionar confort (evitaría el riego manual), el ahorro energético es objetivo primario de este sistema (evita el gasto inútil de agua).

2.4. Automatización industrial. Objetivos y aplicaciones

En el ámbito de la producción industrial, la automatización de procesos ha pasado de ser una herramienta de trabajo opcional a un elemento fundamental si se desea competir en el mercado globalizado. Todo empresario debe establecer sistemas de automatización para aumentar la fiabilidad de sus productos, disminuir tiempos de producción, efectuar tareas complejas, reducir desechos o piezas defectuosas y, especialmente, aumentar la rentabilidad.

Dentro de los objetivos que se pretenden alcanzar a la hora de automatizar un proceso industrial, destacan:

Diminuir la mano de obra necesaria.

Simplificación del trabajo.

Aumento de la eficiencia.

Disminuir errores de producción.

Aumento de la calidad de los productos.

Aumento de la productividad.

Mejorar la competitividad de la empresa.

Los sistemas de automatización industrial gozan cada día de mayor demanda dado que el avance de la tecnología va íntimamente unido al aumento de la competividad con otras empresas en concepto de calidad, fiabilidad y volúmenes de producción.

Respecto a las áreas donde se desarrolla esta disciplina, destacan:

Minería.

Medicina.

Mecánica.

Textil.

Alimentación.

En definitiva, los sistemas automatizados son implantados en cualquier industria en la que se desee mejorar, abaratar y acelerar la producción.

2.5. El Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión. ITC-BT-51

El Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (REBT) constituye un conjunto de normativas que regulan las condiciones de instalación, mantenimiento y explotación que deben cumplir las instalaciones de baja tensión.

Definición

Instalaciones de baja tensión

Según el REBT, se consideran de baja tensión aquellas instalaciones eléctricas cuyo voltaje sea menor o igual a 1.000 V en corriente alterna o 1.500 V en caso de corriente continua.

El reglamento, que se encuentra actualmente en vigor, fue aprobado por el Real Decreto 842/2002, de 2 de agosto y por el que se aprueba el Reglamento electrotécnico para baja tensión.

El REBT está estructurado en dos partes fundamentales. La primera, corresponde a una serie de artículos (29) que establecen las condiciones legales y administrativas que deben cumplir las instalaciones de baja tensión. La segunda parte, establece una serie de instrucciones (52), denominadas como ITC-BT que establecen los requisitos técnicos de dichas instalaciones. Dentro de estas instrucciones técnicas, la ITC-BT-51 se aplica a las instalaciones de sistemas automatizados para viviendas y edificios (domóticos).

A continuación, se desarrolla la ITC-BT-51 (Instrucción Técnica Complementaria, extraída del REBT).

Objeto y campo de aplicación

Esta instrucción establece los requisitos específicos de la instalación de los sistemas de automatización, gestión técnica de la energía y seguridad para viviendas y edificios, también conocidos como sistemas domóticos.

El campo de aplicación