Solo la empresa "Festo" comercializa sistemas de posicionado neumático y en un principio el proyecto contemplaba la compra de reguladores, pero por motivos que serían largos de exponer y circunstancias imprevistas, se convirtió en un trabajo de investigación sobre el que apenas se encuentra información. Como adelanto, hay que decir que el posicionado neumático, debido a la compresibilidad del aire, exige profundizar en la teoría de regulación como hasta ahora solo lo han hecho los ingenieros. Pero, curiosamente, forma parte de los contenidos previstos en ciclos formativos de grado superior. Por lo tanto, el reto planteado es doble: Hacer más comprensible la teoría de regulación y conseguir aplicarla, satisfactoriamente, en la regulación de posición de la maqueta.
Teniendo en cuenta que la finalidad de la maqueta es didáctica, su aplicación práctica no tiene importancia. De todos modos, su configuración se corresponde con el de una estación de clasificación de productos, que se distribuyen por medio de un plato giratorio. En una determinada posición del plato, la pieza es accesible por un manipulador neumático que la recoge por vacío. Dependiendo del material de la pieza, el color o la dimensión, son posibles diferentes criterios de clasificación.
El tipo de material se determina por medio de dos detectores, uno capacitivo y otro inductivo. Las piezas metálicas son detectadas por los dos captadores, mientras que las de plástico solo se detectan con el capacitivo. Dependiendo de la distancia del detector inductivo es posible distinguir entre varios materiales metálicos. El color de las piezas puede ser detectado por reflexión, mediante un detector óptico acoplado en el cilindro vertical del manipulador. Este detector transmite una señal analógica que depende de dos factores: Si el tamaño de las piezas es fijo, la señal analógica depende del color de la pieza, permitiendo distinguir diferentes colores en función de la cantidad de radiación que reflejan. Si las piezas son de igual color y tamaños diferentes, la señal analógica depende de la altura de la pieza, permitiendo distinguir diferentes tamaños, o incluso servir como dispositivo de medida.
El funcionamiento también puede ser el inverso: Partiendo de piezas ya clasificadas, dentro del contenedor, el manipulador se encargaría de suministrar el tipo de pieza que se solicite, colocándola en el plato y girando éste para desplazarla hasta una determinda posición de destino, donde será retirada y confirmada su recepción, para que el trabajo pueda continuar. Otra versión sería la de una estación de verificación, llevando al contenedor solamente las piezas que cumplan determinados criterios de selección, y retirando el resto.
Con el fin se servir para prácticas de control lógico, más simples, la maqueta contiene diversos detectores de posición con contacto. Es verdad que la programación de los reguladores es más complicada, pero una vez programados quedan disponibles para prácticas más sencillas, ya que solo se necesita cambiar las consignas para que el manipulador y el plato se posicionen según los valores de las consignas.
Aunque se ha representado un solo motor en la figura, la maqueta contiene tres motores, de los que solo uno puede estar acoplado al plato de giro mediante una correa dentada y un tensor. El cambio de motor se consigue aflojando el tensor, en la base del plato, acoplando la correa dentada en otro motor y tensando de nuevo el brazo y apretándolo. El control del motor trifásico se consigue con un variador de frecuencia configurable. Este variador puede comunicarse con un autómata por señales digitales y ser controlado de forma continua con una señal analógica, de forma que existen diversos modos de control, desde una configuración fija hasta la más variable, dependiente de condiciones programadas.
Con motor de corriente continua existen tres formas de control: La más simple es un control todo-nada mediante una tarjeta de alimentación basada en el integrado L298, que facilita la inversión del sentido de giro y la conexión y desconexión desde un autómata. La misma tarjeta, controlada por impulsos de anchura variable (PWM) desde una salida de impulsos del autómata, permite controlar la velocidad de rotación del motor. Por último, es posible un control analógico de velocidad si se utiliza un regulador de tensión en la alimentación del motor, gobernado desde una salida analógica del autómata.
Con motor paso a paso, la alimentación se aplica con la misma tarjeta indicada en el párrafo anterior, que permite conectar y desconectar individualmente cada bobina del motor. El autómata puede ser el encargado de controlar las conexiones y desconexiones, en cuyo caso debe programarse la lógica necesaria para que ocurran en un orden correcto y con una frecuencia adecuada. Sin embargo, la lógica de las conexiones y desconexiones ya está implementada en una tarjeta de control, basada en el integrado L297. Con esta tarjeta, configurable para varios modos de funcionamiento, solo es necesaria una salida de impulsos en el autómata para controlar la velocidad, y varias señales digitales para fijar el modo de funcionamiento y el sentido de giro.
El posicionado del plato admite dos formas de trabajo: La más sencilla consiste en detenerlo cuando se alcance una de las 4 posiciones detectadas por 4 captadores de contacto. La otra opción es utilizar un encoder que, acoplado al piñón del tensor, transmite impulsos digitales a dos entradas de contador rápido en el autómata. La cuenta de los impulsos define la posición y el orden en que llegan los impulsos define el sentido de giro del plato. Por lo tanto, el plato puede ser controlado de forma todo-nada o bien de forma variable, es decir, desde el control más simple hasta la regulación de velocidad y posición más eleborada.
El manipulador neumático se compone de tres ejes. El vertical carece de control de posición, ya que sus operaciones son de tipo todo-nada, tales como coger, soltar, subir o bajar. No obstante, es regulable de forma manual la velocidad y la presión de trabajo, en previsión de golpes o fuerzas excesivas que pudieran ocurrir por errores de programación. La sujección de las piezas se hace por la técnica del vacio, con un pilotaje de activación del vacio y otro de expulsión o soplado. Un vacuostato verifica si hay pieza fijada, ya que solo aparece suficiente vacio en el interior cuando la pieza obstruye la entrada de aire atmosférico.
Los ejes horizontales incluyen cilindro con sistema de medida incorporado (un resolver). Cada cilindro transmite dos señales senoidales desfasadas 90º, correspondiendo su periodo a un desplazamiento de 5 milímetros. Aunque es posible determinar la posición a partir de estas señales, es preferible utilizar un conversor de medida que transmite una señal analógica proporcional al desplazamiento del cilindro. Los cilindros se alimentan con válvulas proporcionales cuyo control es analógico. Por lo tanto, cada eje se controla con una salida analógica del autómata y la medida de posición se lee con una entrada analógica, también desde el autómata.
Aunque no se ha representado en la figura, existe una barrera fotoeléctrica que puede ser utilizada como seguridad, de forma que si algo se interpone se detengan los actuadores. Igualmente, se incluye un panel de operador táctil que servirá para programar la comunicación hombre-máquina. Es interesante porque facilita probar múltiples posibilidades para hacer el trabajo más fácil, por ejemplo, la programación de mensajes que avisen sobre averías, mostrar instrucciones de funcionamiento, avisos de errores, etc.