Diálogo hombre-máquina

DEFINICION

El diálogo hombre-máquina es la función que hace posible que el operador reciba información sobre el estado de una máquina y le envíe órdenes y consignas.

Durante mucho tiempo, los únicos interfaces que permitían este vínculo entre el hombre y la máquina eran los pulsadores y los pilotos.

El desarrollo de los autómatas programables ha impulsado la aparición de nuevos interfaces que amplían las posibilidades del diálogo. Se basan en el intercambio de mensajes numéricos y alfanuméricos y en la representación de las máquinas e instalaciones en pantallas animadas.

Proporcionan una ayuda inestimable a la hora de gestionar la explotación y ofrecen amplias posibilidades para el seguimiento de la producción y el control de calidad.

Función de diálogo hombre-máquina

En la función de diálogo hombre-máquina, el operador desempeña un papel importante. En base a los datos de los que dispone, debe realizar acciones que condicionan el buen funcionamiento de las máquinas y las instalaciones sin comprometer la seguridad ni la de diseño de los interfaces y de la función de diálogo garantice al operador la posibilidad de actuar con seguridad en todo momento.

Datos del diálogo hombre-máquina

El diálogo hombre-máquina activa la circulación de dos flujos de datos que circulan en los siguientes sentidos:

• Máquina O Hombre

• Hombre  O Máquina

Ambos flujos son independientes y están ligados al mismo tiempo:

Independientes

Ya que pueden presentar distintos niveles de información. El diseñador del automatismo define estos niveles en base a las necesidades del proceso y a los deseos del usuario: por ejemplo, señales “Todo o Nada” del operador hacia la máquina, mensajes alfanuméricos o sinópticos animados de la máquina hacia el operador

Ligados

Ya que la intervención del operador sobre un interfaz de control se traduce, a nivel del automatismo, por una acción bien definida y por la emisión de una información que depende de la buena ejecución de la acción. La intervención del operador puede ser voluntaria (parada de producción modificación de datos...) o consecutiva a un mensaje emitido por la máquina (alarma, fin de ciclo...).

Papel del operador

El diálogo operador agrupa todas las funciones que necesita el operador para controlar y vigilar el funcionamiento de una máquina o instalación.

Dependiendo de las necesidades y de la complejidad del proceso, el operador puede realizar

Tareas que corresponden al desarrollo normal del proceso

Ordenar la puesta en marcha o la parada, ambas fases pueden constar de procedimientos de arranque o de parada realizados por el automatismo o por el operador, en modo manual o semiautomático, realizar los controles y los ajustes necesarios para el desarrollo normal del proceso y vigilar su evolución,

Tareas derivadas de los sucesos imprevistos

Descubrir una situación anormal y tomar las medidas correctivas para impedir que la situación llegue a agravar las perturbaciones (por ejemplo, en caso de prealarma de sobrecarga de un motor, restablecer las condiciones normales de carga antes de la activación del relé de protección),

Hacer frente a un fallo del sistema, deteniendo la producción o instaurando un modo de funcionamiento degradado que permita mantener la producción mediante la sustitución total o parcial de los mandos automáticos por mandos manuales,

Garantizar la seguridad de las personas y del material mediante el uso de los dispositivos de seguridad en caso de necesidad.

El examen de estas tareas muestra la importancia del papel del operador. En base a los datos de los que dispone, puede verse ante la necesidad de tomar decisiones y de llevar a cabo acciones que se salen de la actuación en condiciones normales y que influyen directamente en la seguridad y la disponibilidad de las instalaciones. Por consiguiente, el sistema de diálogo no debe ser un simple medio para el intercambio de información entre el hombre y la máquina.

Su diseño debe facilitar la tarea del operador y permitirle actuar con total seguridad en todo tipo de circunstancias.

Calidad de diseño del diálogo

Es posible medir la calidad de diseño del diálogo operador por la facilidad con la que el usuario puede percibir y comprender los sucesos y la eficacia con la que puede reaccionar ante ellos.

Percibir

Generalmente, todo cambio en las condiciones de funcionamiento de una máquina se traduce por la modificación o la aparición de un dato en un piloto, un visualizador o una pantalla. Ante todo, es preciso que el operador perciba el suceso en cualquier condición ambiental  (luz ambiente...). Pueden utilizarse distintos medios para llamar su atención: parpadeo de la información, cambio de color, señal sonora, protección contra reflejos, etc.

Comprender

Para evitar cualquier riesgo de acciones contraproducentes para la seguridad, la información que percibe el operador debe ser suficientemente legible y precisa, de manera que sea posible comprenderla y utilizarla inmediatamente.

• La ergonomía de lectura de los componentes desempeña un papel tan importante como el del diseño de la función:para los pilotos luminosos: respeto del color indicado por la norma, cadencias de parpadeo lento y rápido claramente diferenciadas.

• para un visualizador: textos precisos en el idioma del usuario, distancia de legibilidad apropiada

• para una pantalla: uso de símbolos normalizados, zoom que muestre detalladamente la zona a la que hace referencia el mensaje

Reaccionar

Según el contenido del mensaje transmitido por la máquina, el operador puede verse obligado a intervenir rápidamente accionando los pulsadores o utilizando el teclado. Esta acción se facilita mediante:

• un referenciado claro que permita identificar fácilmente los pulsadores y las teclas, por ejemplo mediante el uso de símbolos normalizados para marcar los pulsadores,

• una ergonomía cuidada con pulsadores de gran superficie, teclas de efecto táctil

Adquisición de datos

Definición

La adquisición de datos integra el conjunto de los componentes que proporcionan información sobre el estado de un producto, una máquina o una instalación.

Dichos componentes pueden detectar un estado, controlar un umbral, seguir la posición de un móvil o identificar un objeto y sus características.

En base a su tecnología, los interruptores de posición electromecánicos, los detectores de proximidad inductiva y los detectores fotoeléctricos detectan los estados, controlan la presencia, la ausencia o el paso de un objeto, su color o tamaño, un estado de riesgo.

Los interruptores de flotador, los presostatos y los vacuostatos indican las variaciones de nivel o de presión. Estos aparatos proporcionan información “Todo o Nada” cuando se alcanzan umbrales previamente fijados.

Los codificadores incrementales y absolutos permiten realizar el seguimiento continuo de la posición lineal o angular de un móvil.

Los lectores/descodificadores de códigos de barras hacen posible la identificación óptica.

Interruptores de posición electromecánicos

Los interruptores de posición electromecánicos se reparten en dos grandes familias:

interruptores de control cuyo papel, en el ámbito de los equipos de automatismo, consiste en detectar la los equipos de automatismo, consiste en detectar la unidad de tratamiento de datos,

interruptores de potencia insertados en las fases de alimentación de los accionadores. Generalmente, su función se limita a la seguridad.

Composición de los interruptores de posición

Los interruptores de posición constan de los tres elementos básicos siguientes: un contacto eléctrico, un cuerpo y una cabeza de mando con su dispositivo de ataque.

La mayoría de estos aparatos se componen a partir de distintos modelos de cuerpos dotados de un contacto eléctrico, de cabezas de mando y de dispositivos de ataque. Esta modularidad facilita en gran medida el mantenimiento gracias a la posibilidad de cambiar cualquier elemento con comodidad.

Contacto eléctrico

Es el denominador común de la mayoría de los aparatos. Existen versiones 1 NO/NC, 2 NO/NC simultáneos y 2 NO-NC decalados de ruptura brusca y NO+NC decalados de ruptura lenta.

Cuerpo

Existen varias opciones: normalizado CENELEC o de dimensiones reducidas, fijo o enchufable, metálico o termoplástico, una o varias entradas de cable.

Cabezas de control, dispositivos de ataque

Pueden asociarse numerosos modelos al cuerpo que contiene el elemento de contacto:

Cabezas de movimiento rectilíneo

pulsador de bola o con rodillo en extremo, lateral con rodillo vertical u horizontal

palanca con rodillo de acción horizontal o vertical.

Cabezas de movimiento angular

palanca con rodillo de termoplástico o acero, longitud fija o ajustable sobre 360° de 5 en 5° o cada 45° por giro de la palanca, acción en uno o ambos sentidos,

varilla rígida de acero o poliamida, acción en uno o ambos sentidos

resorte o varilla de resorte, acción en uno o ambos sentidos,

lira de una o dos pistas, con rodillos termoplásticos, de posición mantenida

multidireccional, de varilla flexible con resorte o varilla rígida con resorte.

Interruptores de posición para aplicaciones comunes

Existen varios tipos de interruptores, cuyas formas y características se adaptan a la naturaleza de las aplicaciones y a su ambiente. A continuación se describen varios ejemplos representativos.

Cuerpo metálico

Existe un primer tipo de interruptor, entrada por prensaestopa incorporado, con cuerpo metálico fijo o enchufable. Generalmente, se utiliza en los conjuntos mecánicos de tratamiento o transformación de materiales, donde su robustez y precisión son muy apreciadas.

Cuerpo plástico

Este tipo de interruptor también es conforme con la norma CENELEC EN 50041 (entreejes de fijación de 30 3 60 mm). Su cuerpo plástico, dotado de una entrada roscada para prensaestopa CM12, le confiere un doble aislamiento. Es adecuado para los equipos de la industria agroalimentaria y química. Por otra parte, los dispositivos de mando de palanca con rodillo de gran diámetro permiten su uso en instalaciones de mantenimiento, transporte.

Aparatos para aplicaciones específicas

Aparatos para manutención-elevación

Estos aparatos de cuerpo metálico disponen de dispositivos de ataque de diseño robusto que les permite ser accionados por todo tipo de móviles. Se utilizan principalmente en aplicaciones de elevación y manutención. Los dispositivos de ataque, de movimiento angular, son de vuelta a cero (sólo varilla, varilla o palanca con rodillo), o de posición mantenida (varilla en cruz o en T).

Estos modelos disponen de dos contactos NO/NC de ruptura brusca o de dos contactos NO + NC de ruptura lenta. En ambos casos, los contactos son de maniobra de apertura positiva. Pueden accionarse de tres maneras distintas: dos contactos en cada sentido, dos contactos en un solo sentido, un contacto en cada sentido.

Interruptores para control de cinta

Se utilizan en el control de desvío de cintas transportadoras. Su palanca con rodillo controla un primer contacto NO/NC de ruptura brusca para una inclinación de 10° (señalización del defecto) y un segundo contacto NO/NC de 18° (parada de la cinta). Existen dos versiones disponibles: caja de aleación de aluminio para entornos normales y caja de poliéster pre impregnado para ambientes corrosivos.

Interruptores de potencia

Llamados igualmente interruptores de sobrerrecorrido, se insertan en las fases de alimentación de los accionadores para garantizar una última función de seguridad (por ejemplo, en máquinas de manutención). Bipolares, tripolares o tetrapolares, pueden cortar, según los modelos, hasta 260 A de corriente térmica (1.000 A en modo de funcionamiento especial).

Tratamiento de datos

Definicion

Constituye el corazón de un equipo de automatismo. Recoge la información procedente de los captadores, de los interfaces de diálogo y de las posibles unidades de tratamiento adicionales, y la utiliza para pilotar y controlar el desarrollo del proceso.

El tratamiento de datos se basa en dos técnicas:

• La lógica cableada,

• La lógica programable

Lógica cableada

La lógica cableada es una técnica de realización de equipos de automatismo en la que el tratamiento de datos se efectúa por medio de contactores auxiliares o relés de automatismo. Estos aparatos también cumplen otras funciones, entre las que cabe mencionar:

la selección de los circuitos

la desmultiplicación de los contactos auxiliares de los contactores, interruptores de posición

de interface para amplificar señales de control demasiado débiles para suministrar energía a los aparatos de elevado consumo

Contactores auxiliares

Los contactores auxiliares son aparatos derivados directamente de los contactores de potencia, a los que deben su tecnología. La diferencia reside principalmente en la sustitución de los polos por contactos auxiliares con una corriente térmica convencional de 10 A. Esta identidad de diseño y presentación con los contactores de potencia (por ejemplo, los contactores de la serie D y los contactores auxiliares de la serie D de Telemecanique) permite la  creación de conjuntos de equipos homogéneos, de fácil instalación y uso.

Relés temporizados electrónicos

Estos aparatos compactos constan de:

un oscilador que proporciona impulsos,

un contador programable en forma de circuito integrado,

una salida estática o de relé.

Es posible ajustar el contador mediante un potenciómetro situado en la parte frontal del aparato y graduado en unidades de tiempo. Cuenta los impulsos que siguen al cierre (o la apertura) de un contacto de control. Al alcanzar el número de impulsos, es decir, una vez transcurrida la temporización, genera una señal de control hacia la salida.

Aparatos de salida estática

Existen dos versiones disponibles, Trabajo y Reposo, con distintas gamas de temporización. Estos relés se conectan directamente en serie con la carga cuya puesta en tensión o retirada se retrasa.

Diseño de los contactos auxiliares

Una de las funciones de los contactos auxiliares que se utilizan en los equipos de automatismo electrónico es la conmutación de las entradas de los autómatas programables.

En este tipo de aplicación, las condiciones eléctricas se caracterizan por:

generalmente, una tensión de 24 VCC y corrientes comprendidas entre 5 y 15 mA

la posible presencia de un mando de conmutación estático conectado en serie al circuito una carga de tipo resistivo.

Los riesgos de contactos defectuosos crecen cuanto menores son la tensión y la corriente de empleo. La noción de fiabilidad adquiere una importancia especial desde el momento en que se trata de asociar contactos auxiliares y autómatas programables.

Definición de un autómata programable

Un autómata programable es una máquina electrónica especializada en el pilotaje y el control en tiempo real de procesos industriales y terciarios. Ejecuta una serie de instrucciones introducidas en su memoria en forma de programa y, por tanto, se asemeja a las máquinas de tratamiento de la información. No obstante, existen tres características fundamentales que lo diferencian claramente de las herramientas informáticas como los ordenadores que se utilizan en las empresas y el sector terciario:

pueden conectarse directamente a los captadores y preaccionadores mediante sus puertos de entrada/salida para equipos industriales

su diseño permite que funcionen en ambientes industriales duros (temperatura, vibraciones, micro cortes de la tensión de alimentación, parásitos, etc.)

por último, la programación se basa en lenguajes específicamente desarrollados para el tratamiento de funciones de automatismo, de modo que ni su instalación ni su uso requieren conocimientos de informática

Estructura básica

La estructura básica de un autómata programable se fundamenta en tres elementos funcionales principales: procesador, memoria y entradas/salidas “Todo o Nada”.

El enlace eléctrico de estos elementos se realiza por medio de un bus. Un bloque de alimentación proporciona las tensiones necesarias para el funcionamiento del conjunto.

Procesador

El cometido principal del procesador, o unidad central (UC), consiste en tratar las instrucciones que constituyen el programa de funcionamiento de la aplicación. Además de esta tarea, la UC desempeña las siguientes funciones:

gestión de entradas/salidas

control y diagnóstico del autómata

Memoria de usuario

Permite almacenar las instrucciones que conforman el programa de funcionamiento del automatismo y los datos

Bus

El bus consiste en un conjunto de conductores que enlazan entre sí los distintos elementos del autómata. En el caso de los autómatas modulares, se emplea un circuito impreso  situado en el fondo del rack que consta de conectores a los que se enchufan los distintos módulos: procesador, ampliación de memoria, interfaces y acopladores.

Alimentación

Genera las tensiones internas que se distribuyen a los módulos del autómata a partir de una red de 110 o 220 V en corriente alterna o de una fuente de 24 o 48 V en corriente continua

CONTROL DE POTENCIA

FUNCIONES Y CONSTITUCIONES DE LOS ARRANCADORES

Los arrancadores reunen elementos necasarios para controlar y proteger los motores electricos.de la eleccion de estos dependen el rendimineto de toda la instalacion:nivel de protecion,funcionamiento con velocidad constante o variable,etc.

El arrancador garantiza las siguientes funciones:

• seccionamineto
• proteccion contra los cortocircuitos y sobrecargas
• conmutacion

El Seccionamiento

Para manipular las instalaciones olas maquinas y sus respectivos equipos electricos con toda segurida , es necesario disponer de medios que permitan aislar electricamente los circuitos de potencia y de control de la red de alimentacion general .

La Protección

Todos los receptores pueden sufrir accidentes:

De origen eléctrico:

Sobretensión, caída de tensión, desequilibrio o ausencia de fases que provocan un aumento de la corriente absorbida.

cortocircuitos cuya intensidad puede superar el poder de corte del contactor.

De origen mecánico:

Calado del rotor, sobrecarga momentánea o prolongada que provocan un aumento de la corriente que absorbe el motor, haciendo que los bobinados se calienten peligrosamente.

Con el fin de que dichos accidentes no dañen los componentes ni perturben la red de alimentación, todos los arrancadores deben incluir obligatoriamente:

Protección contra los cortocircuitos

para detectar y cortar lo antes posible las corrientes anómalas superiores a 10 In

Protección contra las sobrecargas

para detectar los aumentos de corriente hasta 10 In y cortar el arranque antes de que el recalentamiento del motor y de los conductores dañe los aislantes.

 

 

La conmutación

La conmutación consiste en establecer, cortar y, en el caso de la variación de velocidad, ajustar el valor de la corriente absorbida por un motor.

Según las necesidades, esta función puede realizarse con aparatos:

Electromecánicos:

• contactores
•  contactores 
• disyuntores 

Electrónicos: 

• relés
• contactores estáticos
• arrancadores ralentizadores progresivos
• variadoreS
•  reguladores de velocidad.

El interruptor

El interruptor es un aparato mecánico de conexión capaz de establecer, tolerar e interrumpir corrientes en un circuito en condiciones normales, incluidas las condiciones especificadas de sobrecarga durante el servicio, y tolerar durante un tiempo determinado corrientes dentro de un circuito en las condiciones anómalas especificadas, como en caso de un cortocircuito

El mecanismo vinculado al dispositivo de mando manual garantiza la apertura y el cierre brusco de los contactos, independientemente de la velocidad de accionamiento del operario. Por lo tanto, el interruptor está diseñado para ser manejado con carga con total seguridad. Sus características se basan en las categorías de empleo normativas utilizadas para clasificar los circuitos cuya alimentación resulta más o menos difícil de establecer o interrumpir en función del tipo de receptores utilizados.