Automatismos Electricos Industriales
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Descripción: manual para electricos e instrumentistas...
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AUTOMATISMOS ELECTRICOS INDUSTRIALES
MANDOS ELECTRICOS SEGÚN LA NORMA IEC
POR: ING. LUIS B. GOMEZ FLORES LA PAZ -BOLIVIA
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AUTOMATISMOS ELECTRICOS INDUSTRIALES
AUTOMATISMOS ELECTRICOS INDUSTRIALES 1. INTRODUCCION Un automatismo industrial es un sistema constituido por diferentes dispositivos y elementos que al recibir una serie de informaciones procedentes del exterior es capaz de generar las órdenes necesarias para que, los receptores por él controlados realicen la función para la que fue diseñado. La naturaleza de los dispositivos y elementos que constituyen un automatismo es muy variada. Los primeros automatismos eran exclusivamente mecánicos; según fue evolucionando la técnica aparecieron los automatismos eléctricos y electrónicos, estando hoy en día constituidos básicamente por elementos eléctricos y electrónicos, pero poseyendo también elementos mecánicos, neumáticos e hidráulicos. 2. DEFINICIÓN Sistema que hace que una máquina funcione de forma autónoma, realiza ciclos completos de operaciones que se pueden repetir, con el objeto de liberar física y mentalmente al hombre de la ejecución del proceso. Tipos de automatismos •
Según su naturaleza Mecánicos: ruedas dentadas, poleas, levas, cremalleras, poleas. Neumáticos: cilindros, válvulas. Hidráulicos: cilindros, válvulas. Eléctricos: contactores Electrónicos: procesadores
•
Según el sistema de control Lazo abierto: La salida no influye en la entrada Lazo cerrado: La salida repercute en la entrada
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•
Según el tipo de información Analógicos (Regulación Automática) Digitales: Cableado (Automatismos). Programado (Automatización)
CARACTERISTICAS DE LOS AUTOMATISMOS
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SEGÚN EL SISTEMA DE CONTROL
FASES EN EL DESARROLLO DE UN AUTOMATISMO
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3. 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. Los contactores auxiliares y los relés de automatismo también suelen utilizarse de manera conjunta con autómatas programables. En este caso, los contactos auxiliares deben garantizar la fiabilidad de la conmutación de corrientes débiles, pocas decenas de mA, en ambientes frecuentemente agresivos (polvo, humedad...). El funcionamiento de los equipos de lógica cableada se define mediante el esquema de cableado. ELEMENTOS BÁSICOS DE UN AUTOMATISMO
•
Entrada (contactos) Interruptores Pulsadores Finales de carrera
•
Salida (receptores) Motores Lámparas Contactores y relés
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ÁLGEBRA DE BOOLE Se puede aplicar sobre un conjunto de elementos capaces de tomar únicamente dos valores: •
0/1
•
ON/OFF
•
Abierto/cerrado
Se definen para ellos dos operaciones: •
Suma lógica (operación OR)
•
Producto lógico (operación AND)
Además deben cumplir las siguientes propiedades: •
P. conmutativa: a+b=b+a a.b=b.a
•
P. asociativa: a+b+c=a+(b+c) a.b.c=a.(b.c)
•
P. distributiva: a.(b+c)=a.b+a.c a+(b.c)=(a+b).(a+c)
•
Elemento neutro: a+0=a a.1=a
•
Elemento simétrico: 1 a a = + 0 a a
CONVENIOS DEL A. DE BOOLE PARA CONTACTOS Se definen las entradas como contactos (interruptores, pulsadores, …) •
Abierto: 0
•
Cerrado: 1
Se definen las salidas como receptores (lámparas, relés, …) •
Desactivado: 0
•
Activado: 1
Se definen las operaciones: •
Suma (OR)(+): contactos en paralelo
•
Producto (AND)(.): contactos en serie
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PROPIEDADES DEL A. DE BOOLE PARA CONTACTOS Conmutativa
asociativa
conmutativa
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ELEMENTO NEUTRO
ELEMENTO SIMETRICO
DOBLE NEGACION
TEOREMAS DE MORGAN
FUNCIÓN MEMORIA - CIRCUITO BÁSICO Funcionamiento: •
Al activar el pulsador de marcha (M), el relé (K) se activa.
•
Al soltar M el relé K queda activado a través de su contacto auxiliar.
No es útil, pues no se puede desactivar. Hace falta un pulsador de paro.
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También se conoce como “circuito de enclavamiento”. Es un circuito capaz de memorizar un acontecimiento ocurrido durante el funcionamiento del sistema. La principal utilidad de este circuito es la de protección, desactivando el relé ante cualquier situación de emergencia. FUNCIÓN MEMORIA – PRIORIDAD PARO Funcionamiento: •
Situación inicial de reposo (K desactivado)
•
Al activar el pulsador de marcha (M), el relé (K) se activa.
•
. Al soltar M, el relé K queda activado a través de su contacto auxiliar.
•
Al activar P, K se desactiva.
•
Al desactivar P, K sigue desactivado.
•
Si se pulsan P y M simultáneamente, P tiene prioridad.
FUNCIÓN MEMORIA – PRIORIDAD MARCHA Funcionamiento: 1. Situación inicial de reposo (K desactivado) 2. Al activar el pulsador de marcha (M), el relé (K) se activa. 3. Al soltar M, el relé K queda activado a través de su contacto auxiliar. 4. Al activar P, K se desactiva.
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5. Al desactivar P, K sigue desactivado. Si se pulsan P y M simultáneamente, M tiene prioridad.
4. COMPONENTES EN UN AUTOMATISMO ELÉCTRICO Los componentes de un Automatismo la componen dos partes esenciales en una automatización industrial. Circuito de mando Circuito de control CIRCUITO DE MANDO Es el encargado de controlar el funcionamiento del contactor. Normalmente consta de elementos de mando (pulsadores, interruptores, etc. identificados con la primera letra con una S), elementos de protección, bobinas de contactores, temporizadores y contactos auxiliares. Este circuito está separado eléctricamente del circuito de potencia, es decir, que ambos circuitos pueden trabajar a tensiones diferentes, por ejemplo, el de potencia a 380 V de c.a. y el de mando a 220 V de CA. Representa el circuito auxiliar de control. Lo integran los siguientes elementos: •
Contactos auxiliares de mando y protección
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•
Circuitos y componentes de regulación y control
•
Equipos de medida
•
Dispositivos de señalización
Los componentes que encontramos en el circuito de mando son: •
Pulsadores
•
Interruptores
•
Conmutadores
•
Detectores de posición
•
Detectores de proximidad
•
Detectores fotoeléctricos
•
Contactores y relés
Pulsador
Elemento electromecánico de conexión y desconexión. Para activarlo hay que actuar sobre él, pero al eliminar la actuación, el pulsador se desactiva por sí mismo.
Interruptor
Elemento electromecánico de conexión y desconexión al que hay que accionar para activarlo y también para desactivarlo. Su nombre atendiendo a las normas es “pulsador con enclavamiento”.
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Conmutador Elemento electromecánico de conexión y desconexión, que tiene una posición de reposo y varias de accionamiento, pudiendo comportarse estas como interruptor o como pulsador.
Detectores de posición También llamados finales de carrera, son dispositivos electromecánicos de conmutación. Similares eléctricamente a los pulsadores, no son accionados manualmente por el operario, sino que lo hacen determinados elementos de las máquinas que controlan.
Detectores de proximidad Los detectores de proximidad son interruptores estáticos (semiconductor) que realizan la conexión o desconexión de una carga (normalmente un contactor) por proximidad de ciertos materiales.
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Detectores fotoeléctricos Los detectores de proximidad necesitan que el objeto a detectar se encuentre relativamente próximo. Los detectores fotoeléctricos o fotocélulas, pueden detectar objetos de cualquier índole y a grandes distancias. Pueden ser: Según su disposición: •
De barrera
•
De reflexión
•
De proximidad
Según su funcionamiento: •
Función “luz”
•
Función “sombra”
CIRCUITO DE POTENCIA Circuito de potencia: es el encargado de alimentar al receptor (p.e. motor, calefacción, electrofreno, iluminación, etc.). Está compuesto por el contactor (identificado con la letra K), elementos de protección( identificados con la letra F como pueden ser los fusibles F1, relé térmico F2, relés magnetotérmicos, etc.) y un interruptor trifásico general (Q). Dicho circuito estará dimensionado a la tensión e intensidad que necesita el motor. En la figura se muestra el circuito de potencia del arranque directo de un motor trifásico. Representa el circuito encargado de alimentar los receptores de gran consumo. Lo integran los siguientes elementos: •
Elemento para abrir o cerrar el circuito de potencia.
•
Elementos de protección
•
Receptores
Los componentes que encontramos en el circuito de potencia son:
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•
Interruptores
•
Seccionadores
•
Fusibles
•
Interruptores automáticos de protección
Relé térmico Relé electromagnético Relé diferencial Contactores principales Receptores de gran consumo (motores) Interruptor circuito de potencia Elemento mecánico de conexión capaz de establecer, soportar e interrumpir la corriente del circuito en condiciones normales de servicio e incluso las de sobrecarga. Seccionador
Seccionador: Elemento mecánico de conexión que, en la posición de abierto, asegura una distancia específica, denominada de seccionamiento. •
Soporta intensidades de empleo y breves de sobrecarga
•
Solo puede abrir a cerrar el circuito en vacío.
Interruptor-Seccionador: Combina las características del interruptor con las del seccionador, pudiendo abrir, soportar y cerrar el circuito en carga, manteniendo en su posición de abierto, una distancia de seguridad
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Elementos de protección Todo circuito debe estar protegido contra sobreintensidades (intensidad superior a la nominal). •
Cortocircuitos: unión directa de dos o más puntos con distinta tensión.
•
Sobrecarga: aumento momentáneo de intensidad en un circuito sin defectos.
La protección contra cortocircuitos se hace con: •
Fusibles calibrados rápidos.
•
Interruptores automáticos de corte electromagnético.
La protección contra sobrecargas se hace con: •
Fusibles calibrados lentos.
•
Interruptores automáticos de corte térmico.
Las combinaciones usadas son: •
Fusibles: protegen contra cortocircuitos y sobrecargas de larga duración.
•
Fusible+Relé Térmico: protege contra cortocircuitos y contra sobrecargas.
Se utiliza para la protección de motores •
Interruptores automáticos Magnetotérmicos
Parte magnética protege contra cortocircuitos. Parte térmica protege contra sobrecargas. Fusible Elemento de protección para la línea y para los elementos conectados a ella contra sobrecargas y/o cortocircuitos. •
En caso de intensidad excesiva, se funde la parte conductora del fusible, abre el
circuito e impide el paso de la corriente. PRECAUCIONES: •
Un motor nunca debe ir protegido solo con un fusible.
•
En caso de avería, primero hay que detectar y solucionar el problema y
después, reponer el fusible.
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Seccionador-fusible
A veces los fusibles se montan sobre la parte móvil de un seccionador. Los propios fusibles abren o cierran los contactos. Relés de protección Relé térmico: detecta una sobreintensidad debido al aumento de temperatura que hará que unas láminas bimetálicas se curven y se active el disparador del contacto asociado. Protege contra: •
Sobrecargas
•
Arranques demasiado lentos
•
Agarrotamiento
•
Ciclos arranque-paro frecuentes
Reposición manual.
Relé electromagnético: detecta una sobreintensidad debido al aumento del campo magnético inducido por dicha corriente, haciendo que se dispare el contacto asociado. •
Protege contra cortocircuitos.
•
Si se utiliza para proteger motores, debe soportar el pico de corriente en el arranque.
•
Se suele utilizar en conjunción con un térmico.
Relé magnetotérmico: Combina las acciones de los relés térmicos y electromagnéticos. ELABORADO Y PREPARADO POR: LUIS B. GOMEZ FLORES
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•
Protege contra sobrecargas y contra cortocircuitos.
Disyuntor: se trata de un relé magnetotérmico con un interruptor. •
Se utiliza para la protección de motores de pequeña potencia (guardamotores).
5. CONTACTOR Según la norma DIN (0660/52), el contactor “es un interruptor mandado a distancia que vuelve a la posición de reposo cuando la fuerza de accionamiento deja de actuar sobre él”. El contactor se utiliza para la conexión de elementos de potencia y nos permitirá la automatización de nuestras maniobras. Básicamente es un interruptor trifásico que en lugar de accionarlo manualmente lo podemos hacer a distancia, con menor esfuerzo físico y mayor seguridad a través de una bobina. . Debe ser capaz de establecer, soportar e interrumpir la corriente que circula por el circuito en condiciones normales de funcionamiento. Debe soportar las condiciones de sobrecarga de servicio (arranque de motores), pero no otras (cortociruitos). CONTACTOS ELÉCTRICOS Los contactos eléctricos son los elementos de mando que conectarán o desconectarán a nuestros receptores (bobinas,
luces, motores, etc.). Dichos
contactos están alojados en las cámaras de contactos y son accionados por diversos sistemas, p.e. pulsadores, interruptores, relés, etc. En cada cámara de contactos pueden haber uno o varios contactos. Básicamente existen dos tipos de contactos:
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Normalmente Abierto (N.A.)
Normalmente Cerrado (N.C.)
El N.A. no deja pasar la corriente hasta que no es accionado. El N.C. sí deja pasar la corriente hasta que es accionado que la corta. Ambos contactos vuelven a la posición inicial una vez a finalizado el accionamiento. Para diferenciar el tipo de contacto en la cámara
se utiliza una numeración
compuesta por dos dígitos que sigue las siguientes reglas: Primera cifra: Número de orden en la cámara de contacto Segunda cifra: 1 ó 2: N.C. 3 ó 4: N.A 5 ó 6: especial N.C. 7 ó 8: especial N.A. Ejemplo:
Por contactos especiales se entienden los que pertenecen a dispositivos de protección (relés térmicos, etc.), a temporizadores y a contactos solapados.
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Un contactor está formado por las siguientes partes:
Circuito de potencia: es el encargado de alimentar al receptor (p.e. motor, calefacción, electrofreno, iluminación, etc.). Está compuesto por el contactor (identificado con la letra K), elementos de protección( identificados con la letra F como pueden ser los fusibles F1, relé térmico F2, relés magnetotérmicos, etc.) y un interruptor trifásico general (Q). Dicho circuito estará dimensionado a la tensión e intensidad que necesita el motor. En la figura se muestra el circuito de potencia del arranque directo de un motor trifásico. Constitución de un contactor Electroimán: elemento motor del contactor •
Circuito magnético: parte móvil + fija.
•
Bobina: diferente configuración para C.C. y para C.A. (anillo de desfase).
Polos: elementos encargados de establecer e interrumpir la corriente del circuito de potencia. •
El Según su número pueden ser bipolar, tripolar o tetrapolar.
Contactos auxiliares: se utilizan en el circuito de mando y para señalización. •
Instantáneos: NC, NA o una combinación de ambos.
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•
Temporizados.
Tipos de contactores
Principales: disponen de contactos de potencia (polos). A veces incluyen algunos contactos auxiliares. Si es necesario, se les pueden acoplar bloque de contactos auxiliares. Auxiliares: solo disponen de contactos de pequeña potencia, utilizados en los circuitos de mando y señalización. Puede aumentarse el número de contactos auxiliares de un contactor, mediante el acoplamiento de bloques de contactos auxiliares. Sus contactos cambian simultáneamente con los del propio contactor Elección de un contactor Se deben tener en cuenta las siguientes características: •
Tensión nominal de empleo (Un)
•
Intensidad nominal de empleo (In)
•
Condiciones particulares del circuito de carga
Categorías de empleo: •
Circuito resistivo
•
Circuito inductivo
•
Motores
Durabilidad •
Número de maniobras
•
Robustez
•
Categoría de empleo
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CATEGORIAS DE EMPLEO EN CA
Relación entre contactos auxiliares Los contactos son accionados por un vástago. Estos conmutan según el vástago avanza o retrocede. Pueden ser: •
Normales (en algún instante están todos abiertos).
Primero abren los NC Después se cierran los NA
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•
Especiales
Adelantados: cambian su posición antes que los normales. Retrasados: cambian su posición después que los normales. Solapados: contacto conmutado donde el NA es adelantado y el NC es retrasado 6. TEMPORIZADORES Los temporizadores son unos relés que cambian sus contactos en función del tiempo. Básicamente son de dos tipos: Los contactos asociados se abren o se cierran un tiempo después del cambio de estado de su órgano de mando. Retardo a la conexión (al trabajo) Temporizador a la conexión: cuando conectamos la bobina, y la mantengamos así, los contactos cambiarán pasado el tiempo que tengan programado. Una vez desconectada estos vuelven inmediatamente a su posición de reposo •
Activación: los contactos basculan después del tiempo regulado.
•
Desactivación: los contactos vuelven instantáneamente a la posición de
reposo.
Retardo a la desconexión (al reposo) Temporizador a la desconexión: al activar la bobina los contactos cambian inmediatamente y es al desconectarla cuando temporizan, pasado el tiempo programado retornan a reposo
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•
Activación: los contactos basculan instantáneamente.
•
Desactivación: Los contactos vuelven a la posición de reposo tras el tiempo regulado.
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EJEMPLOS PRACTICOS Esquema de Marcha – Paro de un contactor con preferencia del paro. Con SM conectamos KM1 y al soltarlo sigue en marcha porque el contacto de KM1 realimenta a su propia bobina. La parada se realizará mediante SP y por protección térmica a través de F2.
Marcha – Paro igual que el anterior pero con preferencia de la marcha sobre el paro.
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Dos pulsadores de marcha (S2 y S4) y dos paros (S1 y S3).
Conexión de varios contactores con dependencia entre ellos.
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TEMPORIZADORES Desconexión del contactor al cabo de un tiempo de accionar el S2.
Conexión de KM2 pasado un tiempo del accionamiento de S2. Parada por S1.
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Conexión y desconexión intermitente de KM2 al accionar SM.
Conexión secuencial de tres contactores a través de SM. Parada total con S1
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Conexión y desconexion simultanea de tres contactores
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7. ELEMENTOS DE SALIDA Y SEÑALIZACION Señalización Objetivo: Conocer el estado de la máquina (automatismo) y facilitar las tareas de mantenimiento. Señalización óptica •
Receptores
Situación de parada Situación de marcha, sentido Situación de mal funcionamiento •
Red general de alimentación
Una lámpara por fase antes del interruptor general Voltímetro: uno solo + conmutador entre fases Amperímetro: para I>5A se utilizan transformadores Señalización óptica y acústica •
Se suele añadir una sola bocina para indicar cualquier situación de mal funcionamiento.
•
Se suele disponer de un pulsador de “enterado”, que apaga la acústica, pero mantiene la óptica.
Características del circuito de señalización La alimentación debe ser distinta a la del circuito de mando Se debe prever un circuito de prueba de lámparas Se debe evitar poner lámparas en paralelo con las bobinas de los contactores para indicar su activación •
En la activación/desactivación de la bobina se genera un pico de tensión que provoca que la lámpara se funda rápidamente.
•
Cualquier problema asociado a la lámpara, podría afectar al circuito de mando.
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Colores normalizados para señalización Pulsadores luminosos •
Rojo (no se recomienda): Indicará situación de PARO o fuera de tensión
•
Verde: Situación de MARCHA. Funcionamiento en ciclo de trabajo
•
Amarillo: ATENCIÓN. Puede utilizarse para evitar condiciones peligrosas.
Ej: Exceso de temperatura •
Blanco: CONFIRMACIÓN. Situación de marcha especial.
Ej.: Funcionamiento fuera del ciclo de trabajo •
Azul: Cualquier función no prevista en las anteriores
Lámparas •
Rojo: PELIGRO. ALARMA. Cualquier situación de mal funcionamiento y/o
que requiera atención inmediata. •
Verde: Funcionamiento correcto. Máquina bajo tensión
•
Amarillo: ATENCIÓN. PRECAUCIÓN. Cambio inmediato de condiciones en
un ciclo automático. •
Blanco o Azul: Otros usos no especificados
Salidas Son los elementos finales del circuito. •
Convierten la energía eléctrica en otra forma de energía. Mecánica: motores, electroválvulas,... Luz: lámparas. Sonido: timbre, sirena,..
Normas para documentación La norma internacional IEC 61082: preparación de la documentación usada en electrotecnia. La norma internacional IEC 60445 (octubre de 1999) Versión Oficial en Español Principios fundamentales y de seguridad para la interfaz hombre-máquina, el marcado y la identificación. Identificación de los bornes de equipos y de los terminales de ciertos conductores designados, y reglas generales para un sistema alfanumérico.
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Documentación técnica La documentación técnica que acompaña a un proyecto de automatización, debe aportar información para el montaje, funcionamiento y mantenimiento del sistema. Debe incluir los siguientes documentos: •
Plano de instalación: trabajos preliminares (alimentación, conducciones,
etc.) •
Diagrama de bloques o esquema funcional: explica los principios de
funcionamiento del sistema. •
Esquema de circuitos: conexionado de los distintos elementos o
componentes. •
Diagramas y tablas: aclara el funcionamiento de determinados circuitos o
componentes (conmutadores, temporizadores, etc.) •
Plano de conexiones: situación física de los elementos y conexiones entre
ellos (información para el montaje por personal no cualificado). •
Planos de mecanizado y serigrafiado.
Esta información se complementa con: •
Instrucciones de montaje y puesta en marcha
•
Instrucciones de mantenimiento
•
Listado de materiales
Esquema de circuitos Representación según el número de elementos •
Unifilar: un solo elemento por componente Se utiliza en planos generales
•
Multifilar: representa todos los elementos de cada componente.
Es el más utilizado Representación según el emplazamiento de los contactos respecto de cada componente. Representación conjunta Es más fácil ver la función de cada elemento, pero más difícil de entender el conjunto. No se usa, ya que es complicado de seguir
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Representación desarrollada Se representan por separado el esquema de potencia y el de mando Todos los elementos de un mismo componente, llevan la misma identificación Es el más utilizado
Identificación de componentes Marcado de bornes Borne es la parte conductora de un elemento a la que se puede fijar un cable de conexión (conductor), generalmente por medio de un tornillo. La numeración de bornes permite:
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•
Realizar un cableado correcto
•
Conocer el tipo de elemento (potencia, mando)
•
Conocer el tipo de contacto (NA, NC)
•
Conocer la función desarrollada (temporizado, protección,...)
Normas generales de marcado La identificación se hace con letras latinas mayúsculas y número arábigos. •
La identificación de bornes de impedancias será alfanumérica (A1, A2,...).
•
La identificación de bornes de contactos será numérica (11, 12,...)
•
Si hay que distinguir entre entrada y salida, el borne de entrada tendrá el número menor (11: entrada, 12:salida).
•
Los elementos simples se identifican con números consecutivos, siendo el menor impar
•
Las marcas de los bornes puestas sobre los elementos deben ser únicas.
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SIMBOLOGIA IEC
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IDENTIFICACIÓN DE BORNES Se deben separar las bornes de conexión en al menos dos grupos; uno para los circuitos de control y otro grupo para los circuitos de potencia. Cada grupo de bornes (denominado regletero) se identificará con un código alfanumérico cuya primera letra siempre será X (X1, X2, X3,...). Circuito de control •
En cada grupo de bornes, la numeración es creciente de izquierda a derecha y desde 1hasta 'n'. Regletero X1: nº de bornes = 1,2,3,4,5,6,7,8,..n
Circuito de potencia •
Se utiliza el siguiente referenciado:
•
Alimentación tetrapolar: L1 - L2 - L3 - N - PE (3 fases, neutro y tierra)
•
Alimentación tripolar: L1 - L2 - L3 - PE (3 fases y tierra)
•
Alimentación monofásica simple: L - N - PE (fase, neutro y tierra)
•
Alimentación monofásica compuesta: L1 - L2 - PE (2 fases y tierra)
•
Salidas a motores trifásicos: U - V - W - (PE)* ó K - L - M - (PE)*
•
Salidas a motores monofásicos: U - V - (PE)* ó K - L - (PE)*
•
Salidas a resistencias: A - B - C, etc.
* (PE) solo si es necesaria Ejemplo: •
Regletero X1: nº de bornes = L1-L2-L3-N-PE-U1-V1-W1-U2-V2-W2-U3-V3W3-U4-V4....
Representación del esquema de los circuitos Se admiten dos tipos de representación de los esquemas de los circuitos: UNIFILAR Y DESARROLLADO Cada uno de ellos tiene un cometido distinto en función de lo que se requiere expresar:
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Esquema unifilar El esquema unifilar o simplificado se utiliza muy poco para la representación de equipos eléctricos con automatismos por su pérdida de detalle al simplificar los hilos de conexión agrupándolos por grupos de fases, viéndose relegado este tipo de esquemas a la representación de circuitos únicamente de distribución o con muy poca automatización en documentos en los que no sea necesario expresar el detalle de las conexiones. Todos los órganos que constituyen un aparato se representan los unos cerca de los otros, tal como se implantan físicamente, para fomentar una visión globalizada del equipo. El esquema unifilar no permite la ejecución del cableado. Debemos recordar que las normativas internacionales obligan a todos los fabricantes de equipos eléctricos a facilitar con el equipo todos los esquemas necesarios para su mantenimiento y reparación, con el máximo detalle posible para no generar errores o confusiones en estas tareas por lo que se recomienda el uso de esquemas desarrollados. Esquema desarrollado Este tipo de esquemas es explicativo y permite comprender el funcionamiento detallado del equipo, ejecutar el cableado y facilitar su reparación. Mediante el uso de símbolos, este esquema representa un equipo con las conexiones eléctricas y otros enlaces que intervienen en su funcionamiento. Los órganos que constituyen un aparato no se representan los unos cerca de los otros, (tal como se implantarían físicamente), sino que se separan y sitúan de tal modo que faciliten la comprensión del funcionamiento. Salvo excepción, el esquema no debe contener trazos de unión entre elementos constituyentes del mismo aparato (para que no se confundan con conexiones eléctricas) y cuando sea estrictamente necesaria su representación, se hará con una línea fina de trazo discontinuo.
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Se hace referencia a cada elemento por medio de la identificación de cada aparato, lo que permite definir su tipo de interacción. Por ejemplo, cuando se alimenta el circuito de la bobina del contactor KM2, se abre el contacto de apertura correspondiente 21-22 representado en otro punto del esquema y referenciado también con las mismas siglas KM2. Sistema de identificación de los elementos en esquemas desarrollados Todos los equipos que componen un equipo de automatismos se identifican mediante una letra (excepcionalmente dos) que identifica su función tomadas de la siguiente tabla seguida de un número: Ejemplo: - 1 solo contactor de motor = KM1 - Varios contactores similares (para motor) = KM1, KM2, KM3, etc. NORMAS INTERNACIONAL
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8. ARRANQUE DE MOTORES Introducción En el motor de “jaula de ardilla”, el giro del motor se produce por la interacción entre el campo magnético del estator (giratorio) y el inducido en los bobinados de rotor (espiras en cortocircuito). Se conocen como motores asíncronos, ya que la velocidad de sincronismo no se alcanza nunca. •
f: frecuencia de red
•
p: nº de pares de polos
ECUACIONES PRINCIPALES
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ARRANQUE DE LOS MOTORES ASÍNCRONOS TRIFÁSICOS Durante la puesta en tensión de un motor, la corriente solicitada es considerable y puede provocar una caída de tensión que afecte al funcionamiento de los receptores, especialmente en caso de insuficiencia de la sección de la línea de alimentación. En ocasiones, la caída puede llegar a ser perceptible en los aparatos de alumbrado. Para poner remedio a estos inconvenientes, ciertos reglamentos sectoriales prohíben el uso de motores de arranque directo que superen cierta potencia. Otros se limitan a imponer la relación entre la corriente de arranque y la nominal en base a la potencia de los motores. Los motores de jaula son los únicos que pueden acoplarse directamente a la red por medio de un equipo simple. En este tipo de motores, cuya frecuencia es constante, la reducción de la punta de corriente conlleva de manera automática una fuerte reducción del par. ARRANQUE DIRECTO Se trata del modo de arranque más sencillo en el que el estator se acopla directamente a la red. El motor se basa en sus características naturales para arrancar En el momento de la puesta bajo tensión, el motor actúa como un transformador cuyo secundario, formado por la jaula muy poco resistente del rotor, está en cortocircuito. La corriente inducida en el rotor es importante. La corriente primaria y la segundaria son prácticamente proporcionales. Por tanto, se obtiene una punta de corriente importante en la red: I arranque = 5 a 8 l nominal. El par de arranque medio es: C arranque = 0,5 a 1,5 C nominal. A pesar de las ventajas que conlleva (sencillez del equipo, elevado par de arranque, arranque rápido, bajo coste), sólo es posible utilizar el arranque directo en los siguientes casos: – la potencia del motor es débil con respecto a la de la red, para limitar las perturbaciones que provoca la corriente solicitada,
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– la máquina accionada no requiere un aumento progresivo de
velocidad y
dispone de un dispositivo mecánico (por ejemplo, un reductor) que impide el arranque brusco, – el par de arranque debe ser elevado. Por el contrario, siempre que: – la caída de tensión provocada por la corriente solicitada pueda perturbar el buen funcionamiento de otros aparatos conectados a la misma línea, – la máquina accionada no pueda admitir sacudidas mecánicas, La variación de la tensión de alimentación tiene las siguientes consecuencias: – la corriente de arranque varía proporcionalmente a la tensión de alimentación, – el par de arranque varía proporcionalmente al cuadrado de la tensión de alimentación. TIPOS DE ARRANQUE A TENSIÓN REDUCIDA Estrella – triángulo •
El motor se arranca en dos fases reduciendo la tensión de los bobinados
•
La corriente de arranque se reduce a 2 veces In
Estrella – Triángulo/Resistencias – Triángulo •
Añade al arranque estrella-triángulo un paso intermedio haciendo una conexión en triángulo, con una resistencia en serie con los bobinados de cada fase.
Mediante autotransformador •
El motor arranca en dos o más etapas o de manera continua a través de un
autotransformador. •
Mediante resistencias estatóricas
•
Similar al arranque con autotransformador, el motor se conecta en dos o más etapas conectando una resistencia en serie con cada bobinado del estátor.
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Mediante resistencias rotóricas •
Requiere un motor de rotor bobinado (más caro)
•
Intercalando resistencias con el rotor, se puede desplazar el par máximo a velocidades bajas.
Arrancadores estáticos (electrónicos) •
La tensión aplicada al motor se controla variando el ángulo de disparo de unos SCR conectados en serie con cada bobinado del estator
ARRANQUE ESTRELLA – TRIÁNGULO Es el arranque más utilizado por su sencillez, precio y prestaciones. Sólo es posible utilizar este modo de arranque en motores en los que las dos extremidades de cada uno de los tres devanados estatóricos vuelvan a la placa de bornas. Por otra parte, el bobinado debe realizarse de manera que el acoplamiento en triángulo corresponda con la tensión de la red: por ejemplo, en el caso de una red trifásica de 380 V, es preciso utilizar un motor bobinado a 220V en triángulo y 380 V en estrella. El principio consiste en arrancar el motor acoplando los devanados en estrella a la tensión de la red, lo que equivale a dividir la tensión nominal del motor en estrella por 3 (en el ejemplo anterior, la tensión de la red 380 V = 660 V / 3). La punta de corriente durante el arranque se reduce en :Id
1,5 a 2,6 In
La velocidad del motor se estabiliza cuando se equilibran el par del motor y el par resistente, normalmente entre el 75 y 85% de la velocidad nominal. En ese momento, los devanados se acoplan en triángulo y el motor rinde según sus características naturales. Un temporizador se encarga de controlar la transición del acoplamiento en estrella al acoplamiento en triángulo. El cierre del contactor de triángulo se produce con un retardo de 30 a 50 milisegundos tras la apertura del contactor de estrella, lo que evita un cortocircuito entre fases al no poder encontrarse ambos cerrados al mismo tiempo.
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El arranque estrella-triángulo es apropiado para las máquinas cuyo par resistente es débil o que arrancan en vacío. Dependiendo del régimen transitorio en el momento del acoplamiento en triángulo, puede ser necesario utilizar una variante que limite los fenómenos transitorios cuando se supera cierta potencia: •
temporización de 1 a 2 segundos al paso estrella-triángulo.
MOTORES DE DOS VELOCIDADES En un motor de “jaula de ardilla”, la velocidad de sincronismo (ns) y la velocidad asíncrona (n), se obtiene como:
•
f: frecuencia de red
•
p: nº de pares de polos
•
s: deslizamiento
Para variar la velocidad se puede variar cualquiera de estos valores.
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Variación de velocidad Nº de pares de polos •
Con distintos arrollamiento en el estator, se pueden obtener 3 ó 4 velocidades distintas y constantes.
•
Solo se obtienen velocidades múltiplos de la frecuencia de red.
Deslizamiento •
El deslizamiento depende de la resistencia rotórica.
•
Al aumentar la R se aumenta s y por tanto se disminuye la velocidad, pero se pierde potencia.
•
Solo es posible en motores de rotor bobinado.
Frecuencia de red •
Se realiza con convertidores estáticos de frecuencia.
•
Es posible una variación lineal en un amplio margen, independientemente de la carga del motor.
Motor Dahlander Motor de dos velocidades con un solo bobinado por fase, pero dividido en dos mitades iguales con una toma intermedia. Según la conexión que se realice en la placa de bornes, se crean p ó 2p pares de polos, y por tanto se obtiene dos velocidades con una relación 2:1.
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Variantes en la conexión Dahlander ∆ - λλ (triángulo - doble estrella) •
Es el más utilizado
•
El par es constante en las dos velocidades
•
Si la placa de bornes lo permite (9 bornes), es posible un arranque
λ-∆ a velocidad baja •
λλ - ∆ (doble estrella - triángulo)
•
Se consigue una potencia constante en las dos velocidades
λ - λλ (estrella - doble estrella) •
El par aumenta con n2
•
La potencia aumenta con n3
•
Se utiliza típicamente en ventiladores
En todas las variantes la relación de velocidades es siempre 2:1 9. INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO DE APARATOS DE MANIOBRA Instalación _ Instalar los aparatos en tableros con el grado de protección adecuado y condiciones de humedad y temperatura admisibles. _ La elección del calibre de los aparatos, sus protecciones, y la asociación de productos, deben estar basadas en las consideraciones enunciadas en este manual y en las recomendaciones de los catálogos. _ Para las conexiones de potencia y comando usar terminales de cableado. _ Realizar el ajuste final de las protecciones en condiciones de explotación. No confiar solamente en la chapa característica de los motores o la corriente nominal indicada en el esquema eléctrico. _ Ajustar todos los bornes de conexión con el torque indicado. Mantenimiento _ Ante un cortocircuito o sobrecarga verificar el origen de la falla y solucionar el problema.
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_ En una salida motor, ante un cortocircuito, verificar el tipo de coordinación. Puede ser necesario el cambio de uno o más aparatos. _ Resetear y habilitar un circuito cuando estén restablecidas todas las condiciones de la carga y de los aparatos que componen la salida, o volver a ajustar las protecciones de sobrecarga. _ En todos los aparatos de corte (interruptores, guardamotores, contactores) - No limar ni engrasar los contactos - No reemplazar los contactos - No limpiar las cámaras de corte Todos los aparatos modernos son libres de mantenimiento hasta el fin de su vida útil. _ Repasar el ajuste de todos los bornes de conexión antes de la puesta en servicio, al mes y anualmente. _ No tocar los núcleos magnéticos de los contactores con la mano. _ En caso de duda, antes de actuar consulte el catálogo o instrucciones de montaje y mantenimiento de los productos, o consulte al fabricante. 10. SIMBOLOGIA INTERNACIONAL Los símbolos gráficos y las referencias identificativas, cuyo uso se recomienda, están en conformidad con las publicaciones más recientes. La norma IEC 1082-1 define y fomenta los símbolos gráficos y las reglas numéricas o alfanuméricas que deben utilizarse para identificar los aparatos, diseñarlos esquemas y realizar los equipos eléctricos. El uso de las normas internacionales elimina todo riesgo de confusión y facilita el estudio, la puesta en servicio y el mantenimiento de las instalaciones.
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CONTACTOS
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MANDOS DE CONTROL
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MAQUINAS GIRATORIAS
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TABLA COMPARATIVA
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10. ARRANQUE DE UN MOTOR TRIFÁSICO. MANDO CON PULSADORES DE MARCHA/PARO
DESCRIPCION El mando por pulsadores utiliza el concepto de realimentación o enclavamiento del contactor. Al cerrar el pulsador de marcha (NA), el contacto auxiliar NA en paralelo con él se cierra, con lo que ya puede soltarse el pulsador, y el contactor continuará en funcionamiento. El pulsador de parada (NC) abre el circuito de la bobina al ser actuado, con lo que el contacto de enclavamiento también se abre y el contactor (y con él el motor) se desactiva. La ventaja de un sistema de pulsadores (también llamado "de impulsos") frente al contacto permanente es que pueden establecerse cuantos puntos de control de marcha, paro o combinados se deseen, facilitando con ello la automatización del sistema. Los
colores
de
los
pulsadores
están
normalizados.
Por otra parte, cuando se utilizan pulsadores, es muy frecuente que la protección contra sobrecargas no se encargue al magnetotérmico o fusibles de cabecera, sino a un relé térmico guardamotor, que actúa sobre el esquema de mando, abriendo el contactor cuando la corriente absorbida por el motor supera un umbral regulable sobre el relé. Tras el disparo, el relé térmico debe rearmarse (a veces hay que esperar a que se enfríe), para volver a arrancar. Suele incorporar, además del contacto de disparo (NC), otro de señalización del disparo (NA), que se conecta a un piloto de señalización (rojo).
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LEYENDA QM1- Interruptor magnetotérmico fuerza QM2- Interruptor magnetotérmico mando SB1- Pulsador de parada SB2- Pulsador de marcha KM1- Contactor M1- Motor HL1- Lámpara motor en marcha. HL2- Lámpara relé térmico.
ARRANQUE DE TRES MOTORES TRIFÁSICOS EN CASCADA EN EL ORDEN 1-2-3
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CIRCUITO DE MANDO
DESCRIPCION Los tres motores, pertenecientes al mismo proceso, son de funcionamiento simultáneo. Sin embargo, su arranque simultáneo produciría una elevada corriente de arranque sobre la línea de alimentación, que desea evitarse. Además, es necesario que el arranque se realice en un orden determinado, debido a las características del proceso. Se resuelve el orden de arranque mediante un contacto abierto del contactor anterior, en serie con la bobina del contactor siguiente. Al activar el primer contactor, prepara el circuito de la bobina
del
segundo
para
que
éste
pueda
activarse,
y
así
sucesivamente.
La parada debe ser simultánea, tanto voluntaria como por fallo de cualquier motor. Por esta razón, existe un solo pulsador de parada, que corta los tres contactores, y los contactos cerrados de los relés térmicos están en serie. En el cuadro no es necesario indicar por separado el disparo de cada térmico, puesto que éstos llevan un testigo visual que permite comprobar cuál de ellos ha disparado. Solamente se utiliza una lámpara "disparo de térmico".
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LEYENDA QM1- Interruptor magnetotérmico general. QM2- I. Magnetotérmico circuito de mando KM1- Contactor 1 KM2- Contactor 2 KM3- Contactor 3 FR1- Relé térmico M1 FR2- Relé térmico M2 FR3- Relé térmico M3 M1- Motor 1 M2- Motor 2 M3- Motor 3 SB1- Pulsador Parada SB2- Pulsador de marcha motor 1 SB3- Pulsador de marcha motor 2 SB4- Pulsador de marcha motor 3 HL1. Lámpara M1 HL2- Lámpara M2. HL3- Lámpara M3 HL4- Lámpara relé térmico.
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INVERSIÓN DEL SENTIDO DE GIRO DE UN MOTOR TRIFÁSICO. MANDO CON PULSADORES PASANDO POR PARO.
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DESCRIPCION El enclavamiento eléctrico realizado por los contactos cerrados impide que ambos contactores se activen a la vez. En un mando convencional por pulsadores, el pulsador de parada corta los circuitos de ambos contactores, con lo que se detiene el sentido de giro que esté activo en ese momento. Si no se actúa la parada, puede pulsarse sin peligro alguno el pulsador de marcha contraria a la activa, puesto que no se activará el contactor correspondiente, al estar cortada su bobina por el contacto cerrado del contactor activo. Por otra parte, cada contactor se realimenta por separado, mediante un contacto auxiliar NA. Como en el resto de las soluciones mediante pulsadores, su principal ventaja es que pueden disponerse varios cuadros de mando (control desde varios puntos), y no uno solo, bien para el control completo o la parada. No existe ningún elemento de seguridad que impida que el motor siga girando por inercia en el sentido de giro que llevaba anteriormente tras actuar el pulsador de parada, con lo que el tiempo de parada antes de ordenar la marcha contraria lo decide el operario.
LEYENDA QM1- Interruptor magnetotérmico general. QM2- I. Magnetotérmico circuito de mando
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KM1- Contactor Izq. KM2- Contactor Drcha. FR1- Relé térmico M1- Motor SB1- Pulsador de parada SB2- Pulsador de marcha Izq. SB3- Pulsador de marcha Drcha. HL1. Lámpara Izq. HL2.- Lámpara Drcha. HL3- Lámpara relé térmico.
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INVERSIÓN DEL SENTIDO DE GIRO DE UN MOTOR TRIFÁSICO. MANDO CON PULSADORES SIN PASAR POR PARO.
DESCRIPCION En motores cuya carga mecánica les frena rápidamente, algunas maniobras pueden exigir que no se active necesariamente el pulsador de parada, aunque éste exista para garantizar la parada total del motor. Esto ocurre fundamentalmente cuando las órdenes de inversión de giro las da el propio ciclo seguido por la máquina, y no un operario. En este caso, los pulsadores serían actuados por la propia máquina (finales de carrera). Además del enclavamiento eléctrico entre contactores (contactos NC), cada pulsador de marcha en un sentido de giro debe actuar como parada del otro sentido de giro, con lo que los pulsadores han de poseer cada uno dos contactos, uno abierto y otro cerrado. La imposibilidad de activación de ambos contactores a la vez queda asegurada, puesto que es necesario que se desactive un contactor para que el otro se ponga en marcha. El tiempo de actuación sobre cada pulsador supera al de desactivación del contactor cortado por él. Además, el recorrido mecánico de un contacto cerrado es normalmente más corto que el de un abierto, con lo que los NC de un mismo dispositivo abren antes de que los
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NA cierren. Las dos características mencionadas garantizan un corto tiempo (transitorio), en que el motor no recibe alimentación en ningún sentido de giro, lo que le sirve para frenar suficientemente (bajo carga) y evitar una contracorriente peligrosa. LEYENDA QM1- Interruptor magnetotérmico general. QM2- I. Magnetotérmico circuito de mando KM1- Contactor Izq. KM2- Contactor Drcha. FR1- Relé térmico M1- Motor SB1- Pulsador de parada SB2- Pulsador de marcha Izq.(Doble cámara) SB3- Pulsador de marcha Drcha. (Doble cámara) HL1. Lámpara Izq. HL2.- Lámpara Drcha. HL3- Lámpara relé térmico. INVERSIÓN DEL SENTIDO DE GIRO DE UN MOTOR TRIFÁSICO. MANDO AUTOMÁTICO CON TEMPORIZADORES.
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DESCRIPCION Cuando el ciclo de una máquina exige que alguna función se realice durante un tiempo prefijado, se utilizan los dispositivos denominados temporizadores. En el tipo de temporizador utilizado (a la activación), el desplazamiento del contacto se realiza un tiempo después de activado el dispositivo. Cuando se pone en marcha el automatismo, queda conectado el primer sentido de giro, y, a la vez, comienza a contarse el tiempo del primer temporizador. Transcurrido éste, su contacto corta el funcionamiento del primer temporizador, y, debido al enclavamiento eléctrico del contacto NC, se pone en marcha el contactor del sentido de giro contrario. A la vez, comienza a contarse el tiempo del segundo temporizador. Cuando transcurre éste, el contacto del temporizador corta el funcionamiento de todo el circuito, y, con él, a sí mismo. Por tanto, el contacto de corte vuelve a cerrarse, poniendo en marcha nuevamente el ciclo hasta que se desactive el interruptor. Naturalmente, los tiempos de ambos temporizadores pueden ser iguales o diferentes, adaptándose mediante su regulación el ciclo que deba realizar la máquina.
LEYENDA QM1- Interruptor magnetotérmico general. QM2- I. Magnetotérmico circuito de mando KM1- Contactor Izq. KM2- Contactor Drcha. FR1- Relé térmico M1- Motor SA1- Interruptor rotativo KT1- Temporizador Izq. KT2- Temporizador Drcha. HL1. Lámpara Izq. HL2.- Lámpara Drcha. HL3- Lámpara relé térmico.
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ARRANQUE DE UN MOTOR TRIFÁSICO CON TELERRUPTOR
DESCRIPCION El telerruptor es un relé preparado para ser activado y desactivado con un solo pulsador. La primera pulsación produce la conexión, y la segunda la desconexión. Son normalmente monopolares y para cargas no muy elevadas, por lo que no pueden utilizarse en arranque de motores trifásicos directamente, pero sí mediante sistemas como el indicado. El telerruptor controla la activación y desactivación de la bobina del contactor que gobierna el motor, con lo que el único pulsador existente es de marcha y parada. Se trata de una solución interesante en máquinas cuyo cuadro de mandos debe simplificarse al máximo. LEYENDA QM1- Interruptor magnetotérmico general. QM2- I. Magnetotérmico circuito de mando KM1- Contactor FR1- Relé térmico
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M1- Motor SB1- Pulsador de marcha SB2- Pulsador de marcha SB3- Pulsador de marcha KL1- Telerruptor HL1. Lámpara motor HL2- Lámpara relé térmico. ARRANQUE ESTRELLA/TRIÁNGULO DE UN MOTOR TRIFÁSICO. MANDO AUTOMÁTICO CON TEMPORIZADOR
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DESCRIPCION El fundamento del arranque estrella-triángulo se describe en el circuito de arranque por pulsadores. En aquel caso, se encargaba al operario la función de determinar el instante correcto para realizar la conmutación. En este circuito, la secuencia de conexiones se asegura mediante la determinación del tiempo que el motor tarda en acelerarse correctamente en estrella, utilizando un temporizador para la conmutación. El único inconveniente de este sistema, que libera al operario de la determinación del instante de paso correcto a triángulo, es que la máquina, en su proceso, pueda arrancar con cargas muy diferentes, lo que produciría tiempos distintos de aceleración, estando el temporizador tarado para un tiempo fijo. Como se trata de un caso raro, este sistema es el más utilizado; no obstante, siempre exige en la instalación la fijación del tiempo correcto de
funcionamiento
en
estrella,
para
regular
el
temporizador.
La orden de marcha activa el contactor de línea y el de estrella, con lo que el motor arranca, y, transcurrido el tiempo adecuado, el temporizador desactiva el contactor estrella y activa el contactor triángulo. Por ello, el temporizador debe poseer doble contacto (NC+NA) para asegurar que se abre el contactor estrella antes de que se active el contactor triángulo. Para prever la activación indebida del contactor estrella en un
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retorno intempestivo del contacto del temporizador, se usa un enclavamiento eléctrico, mediante contactos NC, similar al de la inversión. LEYENDA QM1- Interruptor magnetotérmico KM1- Contactor principal KM2- Contactor Triángulo KM3- Contactor Estrella FR1- Relé térmico M1- Motor SB1- Pulsador de parada SB2- Pulsador de marcha KT1- Temporizador HL1- Señalización motor en marcha HL2- Señalización disparo relé térmico
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ARRANQUE DE UN MOTOR TRIFASICO CON INVERSION DE GIRO CON TEMPORIZADORES
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NVERSIÓN DEL SENTIDO DE GIRO DE UN MOTOR TRIFÁSICO. MANDO CON CONMUTADOR DE TRES POSICIONES.
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DIBUJADO EN CIR- CAD
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N-0 ARRANCADOR AUTOMATICO DE 3 MOTORES EN FORMA AUTOMATICA CON TEMPORIZADOR Dibujado y verificado en CADE_SIMU
LEYENDA FR1 FR2 S1 S2
Fusible o Interruptor automatico Rele termico Pulsador NC Parada Pulsador NA Marcha
KM1 KM2 KM3 KT1 KT2 KT3 HL1 HL2 HL3 HR
Contactor Principal del motor 1 Contactor del motor 2 Contactor del motor3 Temporizador Temporizador Temporizador Señalización del motor 1 Señalización del motor 2 Señalización del motor 3 Señalización del rele térmico contra sobrecargas
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N-1 CONTROL DE 3 MOTORES CON ENCLAVAMINETO PROGRESIVO
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Nº2 CONEXIÓN ALTERNATIVA DE TRES CONTACTORES CON ENCLAVAMIENTO MUTUO
LEYENDA F0 Protección principal FR Relevador termico S1 Pulsador de Parada S2 Pulsador de marcha M1 S3 Pulsador de marcha M2 S4 Pulsador de marcha M3 KM1 Contactor principal KM2 Contactor principal KM3 Contactor princiapl HL1 Señalización M1 HL2 Señalización M2 HL3 Señalización M3 HR Señalización del termico
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Nº3 CONEXIÓN SECUENCIAL DE DOS CONTACTORES CON TEMPORIZADORES
LEYENDA FRO Protección FR1 Relevador termico S1 Pulsador parada S2 Pulsador Marcha S4 Pulsador Marcha KM1 Contactor principal KM2 Contactor principal KT1 Temporizador KT2 Temporizador KT3 Temporizador HL1 Piloto de señalización HL2 Piloto de señalización HR Piloto de señalización
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Nº 4 ARRANQUE ESTRELLA-TRIANGULO CON INVERSION DE GIRO
LEYENDA Q0 Interruptor principal FR2 Fusibles o Interruptores automaticos F2 Rele termico KM1 Contactor lado Derecho KM2 Contactor lado Izquierdo KM3 Contactor conexión estrella KM4 Contactor conexión Delta KT1 Temporizador con retardo a la conexión H1 Señalización lado derecho H2 Señalización lado izquierdo HR Señalización de sobrecarga S1 Pulsador marcha derecho S2 Pulsador marcha izquierda S3 Pulsador parada
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CIRCUITO DE POTENCIA DE LA LAMINA Nº4
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N-5 CONTROL DE UN MOTOR TRIFASICO DE INDUCCION- METODO DE REDUCCION DE TENSION EN EL ESTATOR.
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CIRCUITO DE MANDO Y POTENCIA ARRANQUE DE UN MOTOR DE 2 VELOCIDADES CONEXIÓN DAHLANDER
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ARRANQUE ESTRELLA-TRIANGULO CON INVERSION DE GIRO
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ARRANQUE DE UN MOTOR DHALENDER DE 2 VELOCIDADES CON INVERSION DE GIRO
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LAMINA Nº 2 CIRCUITO DE MANDO PARA EL CONTROL DE UN MOTOR TRIFASICO DE INDUCCION
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AUTOMATISMOS ELECTRICOS PROBLEMAS DE DISEÑO Diseñar el esquema eléctrico de un automatismo con pulsadores, relés y contactores que permita poner en marchar y parar una bomba para sacar agua de un pozo. El sistema tiene un cuadro de control con 2 pulsadores rotulados (Marcha y Paro), para poner en marcha y parar la bomba, y tres pilotos (Arrancada, Parada y Agua), que indican si la bomba está en marcha, parada y si hay agua en el pozo. Para poner en marcha la bomba debe haber agua en el pozo. De igual forma, en el momento que no haya agua en el pozo se para la bomba. En el pozo hay situada una boya que tiene un contacto auxiliar que se cierra cuando el nivel del agua del pozo alcanza la boya.
Diseñar el automatismo del llenado de un depósito mediante 2 bombas. En el pupitre de control existe un pulsador de arranque SV, un pulsador de parada SVR y 3 pilotos que indican bombas paradas (HR), una bomba arrancada (HV1) y 2 bombas arrancadas (HV2). También existe una seta de emergencia. Con las bombas paradas, si se pulsa una vez SV se arranca la primera bomba. Si se vuelve a pulsar SV se arranca la segunda bomba. Y si uevamente se vuelve a pulsar SV se paran las bombas. El ciclo vuelve a iniciarse si se vuelve a pulsar SV.
. Dada la siguiente tabla de la verdad:
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a) Construir la forma canónica de la función f . b) Simplificarla. c) Implantar el circuito con puertas. d) Implantar el circuito con diagrama de contactos e) Si la función f representa un motor trifásico de 380V, y a,b y c representan sendos pulsadores, dibuja el esquema de mando y de potencia del motor. Cada pulsador puede tener hasta dos contactos. Para poner en marcha un motor trifásico se requiere tres interruptores (a, b y c) de tal forma que el funcionamiento del mismo se produzca únicamente en las siguientes condiciones: • Cuando esté cerrado solamente b. • Cuando estén cerrados simultáneamente a y b y no lo esté c. • Cuando estén cerrados simultáneamente a y c y no lo esté b. a) Determinar la función lógica que modela el control del motor. b) Dibuja el esquema eléctrico del control del motor. Cada interruptor sólo puede tener dos contactos. Dada la función f=c’(a’b+ab’) a) Construye la tabla de la verdad b) Dibuja el esquema equivalente en puertas. c) Dibuja el esquema equivalente en contactos.
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AUTOMATISMOS ELECTRICOS INDUSTRIALES
El esquema eléctrico de la figura representa una bombilla que puede ser encendida o apagada desde dos puntos.
a) Construir la tabla de la verdad del circuito. b) Determinar la función lógica equivalente al circuito c) Dibujar el diagrama de contactos equivalente del circuito. Dada la función f=a’b’cd’+a’b’cd+ab’d’c+b’acd+abdc+a’bdc+a’bc’d a) Simplificar mediante mapa de Karnaugh. b) Implantar la función simplificada mediante puertas. c) elabore el diagrama de contactos El encendido y el apagado de una bombilla es controlado por 3 interruptores. La bombilla se enciende cuando al menos 2 de los 3 interruptores están cerrados. a) Construir la tabla de la verdad del circuito. b) Calcula la función lógica equivalente (canónica y simplificada). c) Dibuja el esquema eléctrico del circuito.
Mediante dos bombas (m1 y m2) se controla el nivel de un depósito. El depósito tiene dos boyas (b1 y b2). Cuando el nivel está por debajo de la boya el contacto correspondiente está abierto. Las bombas sacan agua de dos pozos. Si no hay agua en el pozo la bomba no funciona. Para controlar esto, cada pozo lleva un sensor (n1,n2). El sistema funciona de la siguiente forma: • Si el nivel del depósito supera la boya b1, las bombas están paradas. • Si el nivel del depósito está entre la boya b1 y la b2, funciona la bomba m1, si hay agua
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suficiente en el pozo 1. Si no hay agua en el pozo 1 pero la hay en el 2, funciona la bomba m2. • Si el nivel del depósito está por debajo de la boya b2, se activa la bomba m2, además de la m1. a) Determinar las funciones lógicas de m1 y m2. b) Dibujar el circuito en puertas lógicas para su control. c) Elabore el circuito de control. Con contactores e) Dibujar el circuito el circuito de potencia
Realice el diagrama de tiempos del siguiente circuito de mando y explique el funcionamiento
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CUESTIONARIO SOBRE AUTOMATISMOS •
Conceptos básicos de electricidad
1) Define el concepto de electricidad. 2) Las resistencias en un circuito se pueden poner: a) En serie solamente. b) En serie y ocasionalmente en paralelo. c) En serie y/o en paralelo.
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d) En serie o en paralelo. 3) Busca los símbolos siguientes y pégalos con su nombre correspondiente: Conmutador dos posiciones; Interruptor contacto abierto; Botón pulsador: Botón pulsador con señalización luminosa. •
Concepto y definición de automatismo
4) Definición de automatismo. 5) Copia y pega los circuitos de funcionamiento de las lámparas de alumbrado público de nuestras ciudades. 6) Las tecnologías empleadas en la automatización pueden clasificarse en dos grandes grupos: •
Tipos de automatismos
7) Existen muchos tipos de automatismos enumera tres y explica como funcionan. 8) Factores a considerarse respecto al controlador en el control de motores. 9) ¿Para qué sirve un relé? •
Automatismos fáciles de realizar
10) Indica al menos dos automatismos que tú pudieras fabricar en el taller y explica el que consideres más sencillo. •
Realización de automatismos
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11) Que normas de seguridad consideras más importantes a la hora de trabajar con la electricidad. 12) ¿Crees que es necesario saber cómo reaccionar en caso de accidente eléctrico? Indica como crees que se debería actuar.
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Esquemas de los circuitos de control
5 Esquemas de los circuitos de control
Si nos encontráramos en un país extranjero y no fuésemos capaces de leer y hablar su idioma, veríamos cosas que nos son familiares tales como edificios, automóviles, periódicos y la gente, pero no seríamos capaces de saber lo que están haciendo a nuestro alrededor. Si pudiésemos hablar y comprender el lenguaje oral pero no pudiésemos leer las palabras escritas, nos faltaría algo para una comprensión completa. Algo parecido ocurre en las operaciones y diseños de control. Si dominásemos lo explicado en los cuatro primeros capítulos de este libro, podríamos hablar y comprender el lenguaje oral de los controles, pero hasta que no pudiésemos interpretar perfectamente los esquemas de circuitos de control, nos sería imposible adquirir una información completa. Este capítulo trata del lenguaje escrito de los circuitos de control y del propio control. El lector no debe darse por satisfecho hasta que pueda leer y comprender los planos o esquemas de control fácilmente y con suficiente rapidez. Cuando se aprende a leer inglés primero, hay que aprender las 26 letras del alfabeto que luego se combinan formando todas las palabras del idioma. Lo mismo ocurre con el lenguaje de control. Sólo hay algunos símbolos básicos que se utilizan para expresar el significado y la finalidad del circuito de control.
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La principal dificultad es que aunque existen normas para los símbolos, no siempre se emplean estas normas y algunas veces es necesario casi adivinar lo que significan. Los símbolos utilizados en este capítulo son los de use más corriente.
5-1. Símbolos Con referencia a la figura 5-1, el símbolo 1 representa un contacto normalmente abierto que es accionado automáticamente. Podría representar un contacto de un arrancador, el contacto de un interruptor de fin de carrera o de límite, el contacto de un relé, o cualquier otro dispositivo que no requiera funcionamiento manual. El símbolo 2 representa un contacto normalmente cerrado por medios automáticos, y todo lo que es aplicable al símbolo 1 lo es también al símbolo 2, excepto su posición normal. El método de indicar qué es lo que activa este tipo de contactos se explicará en la sección 5-2. El símbolo 3 representa un contacto normalmente abierto accionado manualmente por pulsador. El símbolo 4 representa el mismo tipo de contacto excepto que está normalmente cerrado. El símbolo 3 para pulsador normalmente abierto debe ser dibujado de modo que la recta horizontal esté separada de los dos circulitos, pero no siempre se tiene este cuidado. Si el trazo horizontal se dibuja por encima de los circuitos, el símbolo representa un contacto normalmente abierto, aunque toque a los dos circulitos. El símbolo 4 debe estar dibujado de modo que el trazo horizontal toque a los dos circulitos en su parte inferior, pero no siempre se dibuja así. Siempre que el trazo horizontal esté por debajo de los circulitos, el símbolo sigue representando un contacto normalmente cerrado aunque dicho trazo no los toque. Una manera de recordar esto es pensar siempre que el símbolo corresponde a un pulsador. Si se pulsa el botón, representado por la línea vertical, el trazo horizontal se moverá de arriba abajo. Cuando dicho trazo está encima de los circulitos o puntos de contacto, éstos se cerrarán por la presión. Cuando está debajo de los circulitos, se apartará de ellos y abrirá el circuito. Los símbolos 5 y 6 representan contactos de accionamiento manual del tipo de interruptor de palanca, correspondiendo el 5 al contacto normalmente abierto y el 6 al normalmente cerrado.
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El símbolo 7 es un conmutador de palanca unipolar de dos posiciones, en el que un contacto está normalmente abierto y el otro normalmente cerrado. Cuando son accionados más de un juego de contactos por un mango o botón pulsador, están sus símbolos unidos generalmente por líneas de trazos, como en los símbolos 8 y 9. Las líneas de trazos representan cualquier forma de interconexión mecánica que hará solidarios a los dos contactos. Otro método que se utiliza frecuentemente para representar pulsadores que tienen dos juegos de contactos es el indicado por los símbolos 10 y 11. El símbolo 10 tiene dos contactos normalmente abiertos, y el símbolo 11 tiene un contacto normalmente abierto y otro normalmente cerrado. El símbolo 12 es una lámpara piloto que se identifica principalmente por las líneas cortas que salen radialmente del círculo central. El símbolo 13 representa una bobina. Podría ser una bobina de relé, una bobina de solenoide o la bobina de cierre de un arrancador. Después veremos como se indica cuál de las dos es. El símbolo 14 se utiliza también para representar una bobina. El símbolo 15 representa el elemento calefactor de un relé de sobrecarga, utilizándose también algunas veces para indicar un fusible. Aunque esto pueda parecer algo confuso al principio, pronto aprenderemos a indicar lo que representa por la posición que ocupa en el circuito. Por ejemplo, si está en serie con los conductores de línea, es un fusible, pero si está en serie con los conductores del motor, representa el elemento protector contra sobrecargas. El símbolo 16 es un conmutador selector rotatorio. Con un poco de imaginación, se ve que los contactos se accionarán por rotación del eje que acciona una leva. El mismo tipo de conmutador está indicado por el símbolo 17, con una posición de desconexión. Los símbolos 18 y 19 son dos maneras de representar las resistencias. Los símbolos 20 y 21 corresponden a resistencias variables. Los condensadores están representados por los símbolos 22 y 23. El símbolo 24 se utiliza para representar un transformador. El símbolo 25 muestra una bobina con un doble arrollamiento o arrollamiento partido, tal como el que se encuentra en algunos arrancadores cuando se emplea tensión de control de c.c. También se utilizan en relés de imán permanente. En algunos diagramas son necesarias aclaraciones acerca de los dispositivos específicos y su funcionamiento; los símbolos adicionales 26 a 43 están aprobados por NEMA. Los 26 y 27 representan interruptores de nivel de líquido normalmente abiertos y cerrados. Los símbolos 28 y 29 representan interruptores de vacío y de presión normalmente abiertos y cerrados. Los 30 y
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31 representan interruptores activados por la temperatura. Los símbolos 32 y 33 representan interruptores de caudal o flujo. Los símbolos 34 y 35 representan contactos temporizadores con retardo al activarse. Los símbolos 36 y 37 representan contactos temporizadores pero con retardo al desactivarse. Los símbolos 38 y 39 representan interruptores de fin de carrera o de límite accionados directamente. El símbolo 40 representa un interruptor de límite normalmente abierto pero que normalmente se mantiene cerrado. El símbolo 41 representa un interruptor de límite normalmente cerrado pero que se mantiene abierto. Los símbolos 42 y 43 representan interruptores de pedal. El significado de una palabra, en cualquier idioma, depende en cierto modo de cómo se la utiliza, y esto mismo ocurre con el lenguaje de los símbolos de control. A medida que se profundice en el estudio de los circuitos de control, pondremos en práctica esos símbolos básicos, que junto con las indicaciones necesarias nos darán a conocer las funciones que se realizan mediante los componentes de control representados en el esquema mediante símbolos.
5-2. Esquemas El esquema es el lenguaje escrito de los circuitos eléctricos, y adopta diversas formas para adaptarse a las necesidades particulares para las que se emplea. Lo mismo que en todos los idiomas una misma forma no será suficiente para todas las exigencias. Algunas ideas se expresan mejor en poesía, mientras otras lo están en prosa. Por lo mismo, existe tipos generales de esquemas de control en uso. El primero de ellos es el esquema general de conexiones o esquema de cableado (fig. 5-2 a), que se adapta mejor para efectuar las conexiones iniciales cuando se conecta por primera vez un sistema de control o para seguir las conexiones reales en el diagnóstico de una avería. El segundo tipo es el esquema en línea o explicativo (fig. 5-2 b), que desde luego es el de use más fácil para tratar de entender eléctricamente el circuito. La mayoría de los diagramas de circuito se diseñan previamente utilizando este tipo de esquema. El tercer tipo es el esquema unifilar o por haces (fig. 5-3), que si bien no es tan claro como los anteriores respecto a la comprensión del funcionamiento del circuito de control, tiene la ventaja de ser más compacto, ahorrando líneas al reunir varios conductores en una sola línea, lo que da claridad en el
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conexionado en el caso de instalaciones con muchos conductores. Su principal ventaja reside en su utilidad en trabajos de montaje.
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relativa de sus componentes. Su principal ventaja es que ayuda a identificar los componentes y los hilos tal como están realmente en el equipo. Los símbolos utilizados en este esquema (fig. 5-2 a) representan en esencia los componentes con los contactos y bobinas situadas en su posición física relativa.
Fig. 5-3 Esquema unifilar o por haces Fig. 5-2 (a) Esquema general de conexiones. (b) Esquema en línea
5-2. Esquema General de Conexiones El esquema general de conexiones (fig. 5-2a) se obtiene dibujando los símbolos correspondientes a cada componente en su correcta relación de dependencia física con los otros componentes y luego dibujando los piles entre los terminales correspondientes. En otras palabras, es un dibujo del equipo y de los hilos tal como están aproximadamente en la instalación. Por consiguiente, podemos decir que el esquema general de conexiones es una representación del circuito de control con la distribución y situación física
5-2. Esquemas en Línea El esquema en línea o explicativo (fig. 5-2b) es una representación del circuito con los elementos dispuestos en orden a su relación eléctrica. Supongamos que tenemos una parte de circuito de control que comienza en la línea 1 y continúa a través de cada contacto, interruptor y bobina pasta que se llega a la línea 2. Si todos los contactos, interruptores y bobinas están libres de sus montajes y el hilo está desconectado en el extremo, se puede tomar cada extremo del hilo y estirarlo. Entonces tendríamos un hilo recto, interrumpido en algunos sitios por los contactos, interruptores y bobinas. Esto es lo que se representa en un esquema en línea. Cada línea desde L1 hasta L2 representa un hilo y sus
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componentes asociados tal como aparecería si se le estirase de la manera antedicha. Un estudio cuidadoso de los diagramas, tal como haremos en este capítulo, nos hará ver que los circuitos más complicados tienen varios de estos hilos o líneas estiradas y que cada uno de ellos es un pequeño circuito en sí mismo.
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letras IF se utilizan frecuentemente para indicar un interruptor de flotador. Las IL se utilizan para indicar un interruptor de límite. Muy frecuentemente, cuando hay que representar en un diagrama de control varias bobinas de un arrancador de motor, como ocurre en un circuito para funcionamiento secuencial de varios motores, la bobina del arrancador se puede indicar por las letras M1, M2, M3, etc., hasta el número total de motores.
La principal ventaja del esquema en línea estriba en el hecho de que muestra el circuito en su propia o correcta secuencia eléctrica. Cada componente está indicado en su sitio en el circuito eléctrico independientemente de su posición física o geométrica. No hay esquema que se pueda comparar con el explicativo o de línea para obtener una comprensión de un circuito de control o para localizar una avería en estos circuitos. Para leer un esquema en línea, comenzaremos en la parte de la izquierda de la línea superior y la seguiremos hacia la derecha. Si un contacto está abierto, la corriente no pasará por él; si está cerrado, la corriente pasará. A fin de excitar la bobina a otro dispositivo en el circuito, será necesario que cada contacto a interruptor estén cerrados para constituir un camino completo. En otras palabras, si hay un contacto abierto, la bobina estará inactiva; si no lo hay, será excitada. Recordemos que los contactos y los interruptores están representados en su posición normal, o sea desactivados. Los símbolos utilizados en los diagramas esquemáticos deben tener algún medio de indicar lo que activan y los componentes que se encontrarán en ellos. Como los tenemos colocados en su posición eléctrica en lugar de su posición física o geométrica en el circuito, los diversos contactos de un relé pueden estar separados o repartidos entre un extremo y otro del esquema. A fin de identificar la bobina del relé y sus diversos contactos, ponemos una o varias letras en el círculo que representa la bobina (fig. 5-4). Cada uno de los contactos que son accionados o activados por esta bobina tendrá la letra o letras de la bobina escritas al lado del símbolo del contacto. Algunas veces, cuando hay varios contactos activados por una bobina, se añade un número a la letra para indicar el número de contacto, que generalmente se cuenta de izquierda a derecha en el relé.
Fig. 5-4 Identificación de contactos y bobinas
5-5. Desarrollo de un Esquema en Línea Cuando no haya norma de uso para el significado de estas letras, la mayoría de diagramas tienen una clave o lista para indicar lo que significan las letras, y generalmente éstas se toman del nombre del dispositivo. Por ejemplo, las letras RC se emplean generalmente para indicar la bobina de un relé de control. Las
Para ver con claridad la relación existente entre un esquema en línea y uno de conexiones, desarrollaremos el primero a partir del segundo (fig. 5-2). Este método de desarrollo es muy recomendable para utilizarlo cuando no se dispone
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del esquema en línea. La primera operación a realizar es numerar los hilos del circuito de control. Se empieza a11í donde parten los hilos de control de L1, y se numeran los extremos de cada hilo. Se cambian los números cada vez que se pasa a otro hilo hasta llegar a L2, o extremo del circuito de control. En la figura 5-2a hemos numerado el hilo desde L1 hasta el pulsador de parada 1 y hemos colocado el número 1 en cada extremo. El hilo que va desde el otro extremo del pulsador de parada al de arranque y al terminal 2 del contacto auxiliar del contactor se numera en cada uno de sus tres extremos con el número 2. El hilo que conecta el otro lado del pulsador de arranque con el terminal 3 del contacto auxiliar del contactor y su bobina se designa con el número 3. El hilo que va desde la bobina al primer contacto del relé de sobrecarga se numera 4. El hilo entre los dos contactos de sobrecarga se numera con 5. El hilo desde el segundo contacto de relé de sobrecarga hasta L2 se numera con el 6. Para dibujar el esquema en línea de este circuito, lo primero será trazar dos rectas verticales L1 y L2, una en cada lado del dibujo (figure 5-2b). Luego se traza una recta horizontal corta a la derecha de L1 y se numera cada extremo con el 1. Esto representa el hilo 1 del esquema de conexiones, el cual termina en el pulsador PARADA. Dibujar el símbolo correspondiente a este pulsador en el extremo de esta línea. Ahora se traza el hilo 2 desde el citado pulsador hasta el de ARRANQUE y hasta el contacto auxiliar. Obsérvese que éste está representado como contacto automático accionado por la bobina M; por consiguiente se designa por M para indicar que es accionado por ella. Se continúa el circuito horizontalmente en todo lo ancho de la hoja de dibujo, siguiendo los números del diagrama de conexiones, hasta llegar a L2. Hay que asegurarse de que cada contacto está representado en su posición normal, o desactivada. Cuando sólo es necesario un esquema de conexiones y se dispone de un esquema de línea, se sigue el método anterior pero a la inversa. Para leer, o sea para interpretar cómo actúa el circuito representado en el esquema de la figura 5-2b, se parte de L1, que es una línea «viva» o activa, y se sigue el circuito en el dibujo. Llegamos primero al pulsador PARADA. Éste está normalmente cerrado por lo que deja pasar la corriente, y podemos continuar hasta. el pulsador ARRANQUE y el contacto auxiliar M. Estos dos están normalmente abiertos, por lo que la corriente no puede pasar. El contacto M se cierra cuando se excite la bobina M, por lo que no se puede completar el recorrido del circuito de esta manera, a no ser que se apriete el pulsador ARANQUE, que cierra sus contactos y deja pasar la corriente hasta la bobina M y luego a través de los dos contactos del relé contra sobrecarga normalmente cerrados, marcados OL, hasta L1. Al pasar la corriente por la bobina M se cierra
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el contacto M y de esta forma al liberar el pulsador ARRANQUE, se abren sus contactos, pero continúa pasando corriente por la bobina M a causa de que el contacto M se mantiene cerrado por la propia acción de la bobina M. El motor está ahora funcionando y permanecerá así hasta que se interrumpa el circuito de control entre L1 y L2. Para parar manualmente el motor todo lo que se necesita es empujar el pulsador PARADA, el cual interrumpe el circuito en este punto, con la consiguiente interrupción de la corriente de la bobina M y la separación de los contactos del arrancador. Estando accionado el contacto M por la bobina M quedará abierto, así que cuando se deja de pulsar el pulsador PARADA, la bobina queda desexcitada. Obsérvese que cuando el motor se sobrecarga, al absorber demasiada corriente, actúa el relé de sobrecarga OL y se abren uno o los dos contactos del mismo, interrumpiéndose el circuito entre la bobina M y L2. El resultado de la apertura del circuito en este punto es el mismo que el de actuar sobre el pulsador parada. Aunque éste es un circuito sencillo y bastante fácil de seguir en cualquier esquema, el sistema para el desarrollo del esquema en línea y el análisis del circuito de control servirá para cualquier otro circuito independientemente de su complejidad. Supongamos ahora que se añade una unidad de pulsadores ARRANQUE-PARADA al circuito de la figure 5-2a. El nuevo circuito está representado en la figure 5-5a. Si nos fijamos en la numeración de los hilos en el esquema de conexiones, veremos que comprende de 1 a 7. Hay que emplear más números a causa de la inserción del nuevo pulsador PARADA en el circuito. Si seguimos la misma técnica empleada en la figure 5-2b, desarrolláremos el diagrama esquemático de la figure 5-5b, que comienza en L1 y continúa horizontalmente a través del primer pulsador «PARADA», el segundo PARADA, y el primer pulsador ARRANQUE, el cual está en paralelo con el segundo pulsador ARRANQUE y el contacto auxiliar. Desde aquí se continúa hasta la bobina del contactor designada por M y por consiguiente hasta el primer contacto y luego el segundo del relé de sobrecarga terminando en L2. Lo mismo que en el circuito precedente, los contactos de los pulsadores PARADA serán normalmente cerrados por lo cual pasará la corriente desde L1 lo mismo que por el grupo en paralelo de los pulsadores ARRANQUE y el contacto auxiliar. La corriente puede circular desde L2 a través de los contactos del relé de sobrecarga normalmente cerrados hasta la bobina M, así que todo lo
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necesario para arrancar el motor es cerrar uno de los pulsadores ARRANQUE. Como éstos están en paralelo, uno cualquiera de ellos completará el circuito desde Ll hasta la bobina M, por lo que se puede empujar cualquiera de ellos para excitar la bobina.
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Se observará que hay dos pulsadores PARADA adicionales, dos de ARRANQUE adicionales, y un contacto adicional representado en línea de trazos en este diagrama. Indican controles adicionales que pueden ser añadidos al circuito. Obsérvese cuidadosamente este diagrama, ya que corresponde a la formación básica T de cualquier circuito con componentes múltiples de control utilizados para controlar una sola bobina. Se observará también que todos los pulsadores PARADA tienen sus contactos conectados en serie de uno a otro extremo de la línea. Los componentes de arranque, comprenden en este caso dos o más pulsadores ARRANQUE y uno o más contactos, en paralelo. La utilidad de esta forma en T estriba en que muestra claramente que si cualquier elemento de control, independientemente de su tipo, ha de utilizarse para parar el motor, deberán sus contactos estar conectados en serie con los del pulsador ARRANQUE; y si ha de ser utilizado para arrancar el motor, deberán estar conectados en paralelo con los contactos del pulsador ARRANQUE. En resumen, si podemos dibujar, leer a interpretar el circuito de la figura 5-2b, podremos desarrollar circuitos más complicados mediante la adición de componentes que realicen la función de parada en serie con el primitivo pulsador PARADAy realizar la función de arranque en paralelo con el primitivo pulsador ARRANQUE.
5-6 Incorporación de Elementos a un Circuito de Control Supongamos que deseamos añadir un interruptor de límite, un interruptor de flotador o un pulsador a un circuito existente. Si este nuevo elemento ha de producir el paro del motor, bastará con que interrumpa el circuito de la bobina en cualquier punto del mismo, por lo que el nuevo dispositivo deberá conectarse en serie con el pulsador de parada o cualquier otro elemento de parada. Si por el contrario los interruptores o pulsadores anteriormente citados deben realizar la función de arrancar el motor, lo que se requiere es conectar este nuevo elemento en paralelo con el pulsador o dispositivo de arranque existente. Estos componentes adicionales están representados en la figura 5-5b por los indicados en líneas de trazos.
Fig. 5-5 Configuración en T básica
Se observará también que los componentes utilizados para realizar la función de parada son de contactos normalmente cerrados; es decir, sus contactos están en posición cerrada siempre que el componente no esté activado. Aquellos componentes que están destinados a realizar la función de arranque son de contactos normalmente abiertos. En otras palabras, sus contactos están abiertos en su estado desactivado. No existe límite del número de componentes que pueden ser añadidos en serie con el pulsador PARADA del circuito sencillo
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representado en la figura 5-2b para realizar la función de parada, ni tampoco hay límite del número de componentes que pueden ser añadidos en paralelo con el pulsador ARRANQUE para realizar esta función por medio de la bobina M.
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el motor M1 accionando el pulsador ARRANQUE, la bobina M1 se excita, cerrando así los dos contactos designados M1. El contacto en paralelo con los pulsadores ARRANQUE se utiliza para mantener el circuito hasta la bobina M1. El contacto del circuito inferior, designado M1, se cerrará y dejará que pase la corriente actuando igual que un pulsador de ARRANQUE. Cuando es empujado este pulsador ARRANQUE, la corriente puede llegar a la bobina M2. La excitación de esta bobina cierra el contacto M2, manteniendo el circuito de la bobina y permitiendo que funcione el segundo motor. Veamos lo que ocurre si accionamos el pulsador PARADA de la bobina M1. Esta operación supone la interrupción del circuito y desexcitará la bobina M1, abriéndose todos sus contactos: el contacto auxiliar M1 en paralelo con sus pulsadores ARRANQUE y el M1 en serie con el pulsador PARADA correspondiente a la bobina M2. Esto último desexcitará la bobina M2, lo que producirá la apertura de los contactos M2, y ambos motores se pararán, aunque el pulsador accionado era el del circuito correspondiente al motor M1. Los circuitos de este tipo se utilizan frecuentemente para el mando de un transportador múltiple de cadena o correa, en que el primer transportador no debe funcionar a no ser que el siguiente transportador esté funcionando, impidiéndose así que el material se acumule en el lugar en que los dos transportadores convergen.
Fig. 5-6 Enclavamiento
Consideremos los circuitos representados en la figura 5-6. El circuito de arriba es el mismo que el representado en la figura 5-5b. La corriente puede pasar por los dos pulsadores de PARADA normalmente cerrados lo mismo que por los pulsadores ARRANQUE. Todo lo que se necesita para excitar la bobina es actuar sobre el pulsador ARRANQUE, cerrando así sus contactos y excitando la bobina M1. A su vez ésta cierra el contacto M1 en paralelo con los pulsadores ARRANQUE, manteniendo cerrado el circuito de la bobina M1. En el circuito de abajo veremos que la corriente puede circular desde L1 a través del contacto normalmente cerrado sólo por el contacto normalmente abierto M1. Este contacto debe estar cerrado para excitar la bobina M2 a través del pulsador ARRANQUE. Dicho contacto está designado por M1, indicando que se cerrará siempre que esté excitada la bobina M1. Esto significa, pues, que el motor que es excitado por la bobina M1 debe estar funcionando para que pueda ponerse en marcha el motor que es excitado por la bobina M2. Si ahora ponemos en marcha
Realmente hemos considerado sólo tres circuitos básicos, muy sencillos, de control, si bien representan la mayoría de las funciones desarrolladas por los circuitos de control más complejos. El mismo análisis de funcionamiento del circuito eléctrico nos capacitará para comprender muchos circuitos que a primera vista podrían sumirnos en gran confusión. En el capítulo 7 consideraremos muchos circuitos más complicados y desarrollaremos un sistema para analizar su funcionamiento. En esta sección hemos estudiado con algún detalle el esquema en línea, habiéndole dado más importancia por ser el que proporciona al lector la información eléctrica más concisa y comprensible del circuito de control. El mismo procedimiento de lectura a interpretación de las funciones de control de un circuito mediante el esquema en línea se aplica también al esquema general de conexiones. Cuando es necesario hacer use de un esquema general de conexiones para analizar o comprender el circuito de control, hay que trazar cada uno de los hilos, comenzando en la fuente de alimentación o de potencia y observando cada componente , o contacto que esté incluido en el circuito y cuál puede ser su función. Es muy recomendable en los circuitos más complicados, si no se dispone de un esquema en línea, obtener éste utilizando los métodos
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expuestos en este capítulo. La comprensión del circuito será mucho más fácil cuando se sigue este procedimiento. Para leer el diagrama unifilar son aplicables los mismos principios, debiéndose localizar previamente cada conductor de conexión mediante las marcas o números señalados en los terminales de cada componente del equipo. Hay que tener la seguridad de haber encontrado todos los puntos interconectados por cada conductor en particular hallando previamente todos los puntos marcados con el mismo número. Nuevamente recomendamos desarrollar un esquema en línea basándose en el unifilar antes de intentar el análisis del circuito de control si contiene muchos componentes. Si se desea dibujar un esquema general de conexiones cuando sólo se dispone de un esquema en línea, se puede desarrollar el primero aplicando el procedimiento inverso explicado para el desarrollo de un esquema en línea a partir del general de conexiones. Se dibuja cada componente del circuito en su posición física en relación con los otros componentes. Luego se numera cada hilo del esquema en línea, tal como hemos hecho, numerándose a continuación cada terminal de componente del esquema general de conexiones lo mismo que está numerado en el esquema en línea. Todo lo que falta es conectar los números correspondientes por hilos o líneas en el dibujo, y así tendremos un esquema general de conexiones que representa el circuito eléctrico correspondiente al esquema en línea o explicativo . A fin de comprender los símbolos que se encuentran en los esquemas más diversos se deberán estudiar los folletos y esquemas de circuitos de control que se pueden obtener de los fabricantes de equipos de control. Este estudio servirá para familiarizarnos con los muchos tipos de símbolos utilizados para representar un solo componente, de la misma manera que la comprensión de las palabras habladas o escritas depende de la extensión de nuestro vocabulario. El conocimiento de las palabras y frases facilita la comprensión de las palabras habladas y escritas, y lo mismo ocurre con los circuitos de control. Cuanto mayor sea nuestro conocimiento de los símbolos en use y de los. componentes que se utilizarán para realizar las funciones de control, mejor será nuestra comprensión de los diversos diagramas y circuitos dibujados por personas dedicadas a este trabajo.
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Preguntas de repaso Dibujar un símbolo de pulsador de ARRANQUE. ¿Qué método se emplea para representar los contactos que están mecánicamente interconectados para que actúen simultáneamente? 3. Cuando un pulsador es del tipo de contacto normalmente cerrado, ¿el trazo horizontal se dibuja encima o debajo de los circulitos que representan los contactos? 4. ¿Cuál es la principal ventaja de un esquema general de conexiones? 5. ¿Cuál es la principal ventaja de un esquema en línea o explicativo? 6. ¿Cuál es la principal ventaja de un esquema unifilar? 7. Los componentes que deben emplearse para realizar la función de parada se conectan en con los otros. 8. Los componentes que realizan la función de arranque se conectan en con los otros. 9. ¿Cómo se identifican los contactos para indicar qué componente los activa? 10. ¿Cómo se desarrolla un esquema en línea partiendo de uno general de conexiones? 11. ¿Cómo se desarrolla un esquema general de conexiones partiendo de un esquema en línea? 1. 2.
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Desarrollo de los circuitos de control
6 Desarrollo de los circuitos de control
varias partes del circuito para completar a los dispositivos del mando primario, de arranque y parada. Este tipo de control se caracteriza por el uso de un contacto auxiliar en el contactor para mantener cerrado el circuito de la bobina durante el tiempo en que el motor está en marcha o en funcionamiento normal.
L1
L2 Parada
Arranque
OL
OL
M
M1 3 hilos
L1
L2 Contacto o interruptor
OL
OL
M
Los circuitos de control se diseñan o proyectan muy pocas veces como unidad completa. En lugar de esto se van desarrollando por etapas sucesivas cada una de las cuales provee la función de control que se desea realizar con ella. Es lo que se hace cuando se escribe una carta, en la que se procede, párrafo por párrafo, basta expresar la idea en el papel. El mismo procedimiento se debe seguir para desarrollar un circuito de control. Lo primero será concebir la idea del conjunto de todas las funciones de control de modo que se efectúe cada función en su dependencia correcta con las otras funciones que debe realizar el circuito. 6-1 TIPOS DE CIRCUITOS DE CONTROL Hay dos tipos básicos de circuitos de control: los de tres hilos y los de dos hilos. Estas designaciones derivan del hecho de que a la bobina del contactor llegan tres hilos en el primer caso y dos en el segundo (fig. 6-1). El circuito de control con tres hilos requiere que el dispositivo piloto primario sea del tipo de contacto momentáneo, tal como los pulsadores de contacto momentáneo. Los dispositivos de contacto permanente o mantenido, tales como los interruptores de límite y los interruptores de rotación, se pueden utilizar en
2 hilos
Fig. 6-1. Circuitos básicos de control tipos dos y tres hilos
En el circuito de control de dos hilos, el dispositivo primario de mando o piloto primario debe ser de contacto mantenido, como puede ser un sencillo interruptor unipolar, una caja o panel de botones pulsadores de contacto mantenido, o cualquier tipo de componente de control que cierre un juego de contactos y los mantenga en esta posición durante todo el tiempo que el motor este funcionando. La apertura de este contacto o contactos causa el paro del motor al dejar sin corriente la bobina del arrancador. Todos los circuitos de control, independientemente de su complejidad, son simples variaciones y ampliaciones de los dos tipos básicos. El objeto de este capitulo es explicar cómo se pueden transformar y ampliar cada uno de estos circuitos básicos para el control deseado de un motor o de varios motores mediante la adición de pulsadores o de contactos activados Por uno o más
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dispositivos de control. Usaremos el esquema explicativo o en línea para desarrollar todos los circuitos de control a causa de que este tipo de esquema se presta con más facilidad al estudio y preparación de los circuitos de control. El método más sencillo para el desarrollo de un circuito de control es comenzar por la bobina del contactor y los dispositivos contra las sobrecargas. Se añade el dispositivo o piloto primario para el arranque y parada del motor, que en un circuito de tres hilos consiste generalmente en pulsadores ARRANQUE y PARADA utilizados conjuntamente con el contacto auxiliar del contactor. A este circuito se añaden sucesivamente todos los contactos o pulsadores que han de ser utilizados para realizar las funciones adicionales de control hasta que quede desarrollado el circuito final. Cuando se trata de un circuito de control de tres hilos hay que tener presente que todos los dispositivos destinados a realizar la función de parada deben ser dispositivos normalmente cerrados y estarán conectados en serie con el pulsador piloto primario de parada. Todos los dispositivos que han de realizar la función de arranque deben ser de contactos normalmente abiertos y estarán conectados en paralelo con el pulsador piloto primario de arranque. Algunas veces un circuito requiere que dos o más contactos normalmente abiertos se cierren antes de proceder a la puesta en marcha de un motor. Estos contactos, que igual pueden pertenecer a relés como a pulsadores u otros elementos de control, deben estar conectados en serie, y el conjunto en paralelo con los dispositivos primarios piloto de arranque. Si, por el contrario, varios contactos deben estar abiertos antes de realizar la función de parada, estos contactos normalmente cerrados se conectaran entre sí en paralelo y el conjunto en serie con el dispositivo piloto primario para producir el paro. Cuando haya una secuencia definida para la actuación de diversos componentes de control, habrá que añadirlos sucesivamente al circuito de control en el mismo orden que el que tiene su secuencia de funcionamiento. Después de añadir en el circuito cada contacto o cada pulsador hay que comprobar que el funcionamiento del circuito sea el correcto, comprobando que no se ha impedido el funcionamiento de algún componente de control ya existente. Si se ha asimilado la parte precedente de este libro, se tendrán los conocimientos necesarios de las funciones de control de los componentes y de los esquemas de circuito para comenzar a estudiar el modo de proyectar los circuitos de control. Hasta no haber proyectado un circuito que sea capaz de realizar las funciones asignadas, no se puede estar seguro de ser capaz de
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interpretar o analizar un circuito de control para saber con seguridad si funciona correctamente, es decir, realiza todas las funciones para las que ha sido proyectado.
6-2 PROYECTO DEL CIRCUITO 1 A fin de que el procedimiento del desarrollo por partes de un circuito resulte más fácil de entender, consideraremos nuestro primer circuito como una serie de modificaciones a realizar, una detrás de la otra, para perfeccionar las misiones de control del circuito original. El circuito de control existente (fig. 62b) está destinado a controlar una bomba de agua para el transvase desde un depósito de almacenamiento basta un depósito regulador de presión. La disposición física de la bomba y de los dos tanques, así como los componentes de control, esta ilustrada en la figura 6-2a. El circuito original de maniobra manual, sólo dispone de pulsadores de arranque y parada y protección contra sobrecargas. La bomba debe funcionar hasta que se observe que el depósito está lleno. Entonces el operador debe accionar el pulsador de paro y la bomba dejará de funcionar. Ahora el propietario desea que se instale un interruptor de flotador en el depósito regulador de presión con el fin de evitar que el operador tenga que apretar el pulsador ARRANQUE, poniendo en marcha a la bomba e iniciando la entrada de agua en el depósito. Cuando el nivel de agua ha alcanzado el valor deseado, el interruptor de flotador FS1 abrirá sus contactos, produciéndose el paro de la bomba y cesando el flujo de agua. La función a realizar por el interruptor de flotador es en este caso la de paro, por la que debe ser de contacto normalmente cerrado y estar conectado en serie con el pulsador original de PARADA, tal como se ve en la figura 6-2c. Después de haber estado trabajando con este control durante algún tiempo, el propietario desea que la bomba arranque y pare automáticamente por considerarlo mucho mas cómodo y conveniente. Solicita que se instale otro interruptor de flotador para controlar el nivel inferior del depósito. Esta versión del circuito de control debe hacer que la bomba arranque siempre que el agua llegue a un nivel inferior predeterminado. La función de control deseada es la de arranque, de modo que el interruptor de flotador debe tener un juego de contactos normalmente abiertos que se cerrarán siempre que el agua descienda hasta el nivel inferior deseado. Estos contactos deben estar conectado en paralelo con el pulsador original ARRANQUE para realizar la función de arranque del motor. Esta conexión está representada en la figura 6-2d.
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Después de algún tiempo de funcionamiento con el nuevo circuito de control, se descubre que algunas veces el nivel del depósito de almacenamiento desciende tanto que la bomba se desceba. El propietario solicita un control para evitar que la bomba arranque en estas condiciones. Aunque este control no tenga que parar la bomba mientras este funcionando, debe impedir que arranque cuando el nivel del agua es bajo. Debe también parar la bomba si esta esta funcionando y el agua llega a este nivel mínimo. Así, el nuevo control realiza la función de parar la bomba. La función de control se puede obtener por la instalación de un interruptor de flotador para detectar el nivel inferior del agua en el depósito de almacenamiento. El interruptor de flotador FS3 ha sido instalado y ajustado para abrir un juego de contactos siempre que el agua del depósito de almacenamiento alcanza el nivel mínimo deseado. A causa de que la función de control a realizar es la de parada, el interruptor de flotación FS3 debe tener contactos normalmente cerrados que se abran siempre que el nivel del agua baje hasta el nivel ajustado del interruptor de flotador. Está conectado en serie con los otros componentes de parada, como muestra la figura 6-2e. Después se decidió que la presión producida en la tubería por el tanque regulador de presión cuando esta lleno es insuficiente para las necesidades de la instalación. El propietario solicita la instalación de los componentes y controles necesarios para mantener en el depósito la presión mediante aire a presión en la parte superior del depósito. A fin de obtener el debido equilibrio del nivel del agua y de la presión del aire en todo instante, solo debe quedar aire en el depósito cuando el nivel del agua este en su posición más alta y la presión sea inferior a la deseada. Para conseguir esto, supongamos que instalamos una válvula de solenoide en la tubería de suministro de aire que permita el paso del aire al depósito solamente cuando la bobina de la válvula del solenoide esta excitada. Además de la válvula, podemos instalar un interruptor de presión en la parte superior del tanque para que detecte la presión existente en este constantemente. Cuando la presión sea inferior a la ajustada en el interruptor de presión, sus contactos se deben cellar, cerrando el circuito del solenoide. Sin embargo, si el nivel del agua es inferior al máximo cuando la presión desciende, no debe abrir la válvula de solenoide por lo que se requiere la función de parada de la misma, a fin de evitar que el aire entre en el depósito cuando no es conveniente.
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Si el interruptor de flotador ESl es del tipo bipolar con un juego de contactos normalmente abierto y otro normalmente cerrado, podemos modificar el circuito según muestra la figura 6-2f. El circuito de la válvula de solenoide es del tipo de dos hilos y requiere que FS1 y el interruptor de presión PS1 se cierren para que entre aire en el depósito por la acción de la de la válvula de solenoide. Cuando el nivel del agua alcanza su punto más bajo será activado FS1. El contacto normalmente cerrado del circuito de bomba se abrirá y el contacto normalmente abierto del circuito de solenoide se cerrará. Si la presión del aire es baja, los contactos de PS1 se cerrarán y el aire entrará en el depósito hasta que el nivel del agua descienda y se abra FS1, o bien hasta que, la presión aumente hasta su valor normal y se abra PS1 satisfaciéndose así los requisitos del circuito de control especificados por el propietario de la instalación . Aunque en el circuito de la figura 6-2f han quedado los pulsadores en el circuito, será preferible que el operador pueda optar a voluntad por funcionamiento completamente manual o funcionamiento completamente automático. Los cambios necesarios para funcionamiento manual o automático están indicados en el circuito de la figura 6-2g. Si hubiésemos asumido la responsabilidad de proyectar el circuito final de la figura 6-2g, necesitaríamos ciertas especificaciones o requisitos en cuanto a la función o el funcionamiento correcto del circuito completo. El primero de ellos sería probablemente la posibilidad de selección de control manual o automático, el segundo que la bomba fuese controlada para mantener el nivel de agua en el depósito de presión entre un nivel superior y otro inferior, y el tercero que pudiese funcionar la bomba cuando los niveles del agua en el depósito de aprovisionamiento fuesen inferiores a un nivel dado, y cuarto, que la presión en el depósito de presión se mantuviese mediante la adición de aire siempre que fuese necesario. Para proyectar el circuito a base de estas especificaciones, se procederá por etapas, añadiendo componentes de control al circuito manual original.
6-2 PROYECTO DEL CIRCUITO 2 Nuestro segundo circuito será para el control de tres transportadores de cinta combinados de modo que el transportador 1 descargue material en el transportador 2, el cual a su vez lo descarga en el transportador 3, que se utiliza para la carga de camiones a otros vehículos en un muelle de embarque o en un almacén.
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Las condiciones que debe cumplir el circuito de control son: 1. Con un solo pulsador deben ponerse en marcha todos los motores de transportador pero de forma que primero lo haga el 3, luego el 2 y por último el 1. 2. Cualquier sobrecarga en alguno de los transportadores hará que se paren todos ellos. 3. Un solo pulsador de parada servirá para parar todos los transportadores de forma que primero lo haga el 1, luego el 2 y por último el 3. Un requisito adicional es que haya un retardo de 2 minutos entre la parada de cada transportador y el siguiente a fin de que el material quede desalojado de cada transportador antes de que se pare. Si realizamos el proyecto de este circuito por partes, nuestra primera etapa será satisfacer los requisitos de la especificación 1 para que un solo botón arranque todos los transportadores en secuencia empezando por el transportador 3. El circuito adecuado para esto será el de la figura 6-3a. Tenemos en él un relé de control que es activado y desactivado mediante pulsadores según el circuito de tres hilos, manteniéndose activado durante el funcionamiento por un contacto auxiliar (contacto de retención) del mismo relé de control, identificado en el dibujo por las tetras CR1. Puesto que es necesario que el transportador 3 sea el primero que empiece a funcionar, los contactos identificados en el dibujo por CR1, que son cerrados por el relé de control, activan el contactor M3 que pondrá en marcha el motor 3 y cerrará el contacto M3 que a su vez excitará el contactor M2, que pondrá en marcha el motor 2 y cerrará el contactor M2, activándose el M1 con lo que se arrancará el motor 1 terminándose la secuencia de arranque del transportador. El paro se producirá desactivando el relé CR mediante el pulsador de paro. El uso de los contactos CR2, M3 y M2 satisface la condición de que el transportador 2 arranque luego del 3 y el 1 luego del 2, con lo que quedan cumplidas las condiciones de la especificación 1 en correspondencia con la especificación 2, la cual requiere que cualquier sobrecarga en un transportador pare a todos ellos. Las condiciones de la especificación 2 pueden ser obtenidas mediante la conexión en serie de todos los contactos de los relés de sobrecarga entre la línea y la conexión común a todas las bobinas de arrancador, incluida la del relé de control, como indica la figura 6-3a. Si uno o más de estos seis contactos de los relés de sobrecarga están abiertos, el circuito de control de todas las bobinas está interrumpido, desexcitándose así las bobinas y parándose todos los motores
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de transportador al mismo tiempo. Con esto se cumplen los requisitos de la especificación 2.
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Aunque el circuito de la figura 6-3a satisface las especificaciones primera y segunda, no satisface las condiciones de la especificación 3 de que los transportadores se paren en orden inverso. Este requisito y el de que transcurra un tiempo de retardo de 2 minutos entre la parada de un transportador y el siguiente hace necesario el empleo de relés temporizadores. Lo primero que a uno se le ocurre es conectarlos como indica la figura 6-3b, pero un cuidadoso estudio de este circuito revela que cuando es empujado el pulsador PARADA, el relé de CR se desexcitará, abriéndose los contactos CR1 y CR2, con lo que sólo se desexcitará el relé de control a causa de que el contacto M2 está todavía cerrado manteniendo el circuito de la bobina M1, de que el contacto M3 está también aún cerrado manteniendo el circuito de la bobina M2 y de que también el contacto de R2 está cerrado manteniendo el circuito de la bobina M3. Así, pues, todos los motores de transportador continuarán funcionando. Habrá que hacer una modificación de este circuito a fin de que todos los transportadores puedan ser parados actuando sobre el pulsador PARADA. A fin de satisfacer la condición 3 de las especificaciones, deberá ser modificado el circuito de la figura 6-3b como indica la figura 6-3c. En este circuito hemos añadido dos contactos, normalmente abiertos, activados por el relé de control y designados en el dibujo por CR3 y CR4. Ahora, cuando se presiona el pulsador PARADA, el relé de control se desexcita, abriéndose todos sus contactos, quedando excitados los contactores M2 y M1 solamente a través de los contactos de los relés temporizados que se mantienen cerrados debido justamente al retardo de acción diferida de estos relés. La apertura del contacto CR3 interrumpe el circuito de la bobina M1, parando al transportador 1, y al de la bobina TR1 del relé de retardo que producirá la separación de los contactos TR1 transcurridos dos minutos desde que se haya desexcitado dicho relé temporizado TR1. Esto hará que el contactor M2 y el relé temporizado TR2 se desexciten. El primero ocasionará el paro del motor 2 y el segundo la apertura, dos minutos más tarde, del contacto TR2, lo cual desexcitará M3 produciéndose el paro del último motor y parándose el transportador 3. De este modo quedan satisfechas todas las especificaciones de este circuito. Los transportadores arrancarán en secuencia, comenzando por 3 y progresando hasta 1 cuando se empuja el pulsador único de ARRANQUE. Cualquier sobrecarga en un transportador desexcitará las bobinas de todos los arrancadores, parándose todos los transportadores. Cuando se aprieta el botón PARADA, los transportadores se pararán en orden inverso con un intervalo de 2 minutos entre la parada de un transportador y el siguiente.
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El circuito realiza las funciones de arranque, parada, control de secuencia, protección de sobrecarga y acción de retardo de tiempo. El uso del relé de control con su circuito de control trifilar provee una protección contra baja tensión que no es posible obtener con el circuito de control bifilar para cada uno de los arrancadores de transportador.
6-4 PROYECTO DEL CIRCUITO 3 Se trata del proyecto de un circuito de control de arranque de un motor en los dos sentidos de marcha. Se establecen las siguientes condiciones: accionamiento manual, protección contra baja tensión, enclavamiento eléctrico, que no permita el cambio del sentido de giro del motor sin antes proceder al paro del mismo mediante el pulsador de paro. La primera fase en el proyecto de circuito es proveer el arranque y la parada en la marcha adelante. El circuito para ello es el representado en la figura 6-4a. Se observara que este es el circuito tipo de tres hilos con pulsadores ya satisface el requisito de arranque y para en la marcha adelante. La segunda condición del circuito es el arranque y la parada en la marcha en sentido inverso, 1o cual se obtiene mediante la adición de un pulsador ARRANQUE y el contacto auxiliar de retención como indica la figura 6-4b. El pulsador ARRANQUE esta conectado después del pulsador PARADA ya existente en el esquema anterior siendo el único necesario para parar el motor, independientemente del sentido de giro. El requisito de enclavamiento eléctrico se satisface mediante la adición de los contactos normalmente cerrados indicados en la figura 6-4c y designados por las letras R2 y F2, los cuales son contactos auxiliares pertenecientes a los contactores de marcha adelante y marcha inversa. El contacto normalmente cerrado se abrirá cuando se excite la bobina R, impidiéndose así que la bobina F se excite al mismo tiempo en el caso que se actuase sobre su pulsador. El contacto F2 se abrirá siempre que se excite la bobina F, 1o cual impide que el contactor de marcha atrás pueda ser excitado al mismo tiempo. Este circuito satisface completamente las especificaciones de que el motor pueda arrancar y parar en cualquiera de los sentidos directo o inverso y de que haya que apretar el pulsador PARADA previamente al cambio de sentido de giro. Se ha provisto el enclavamiento eléctrico de modo que ambos arrancadores no puedan ser activados al mismo tiempo.
Supongamos ahora que en esta maquina se requiera el frenado por inversión de marcha. El circuito deberá ser modificado como muestra la figura 6-4d. Los pulsadores ARRANQUE marcha adelante y marcha atrás deberán ser del tipo bipolar con un juego de contactos normalmente abiertos y otro normalmente cerrados. Cuando empujamos el botón de arranque de marcha adelante, se cierra
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el circuito del arrancador correspondiente y al mismo tiempo se interrumpe el circuito del arrancador de marcha inversa. Cuando se empuja el botón de arranque de marcha atrás, no sólo se completará el circuito del arrancador correspondiente sino que también se interrumpirá el circuito del arrancador de marcha adelante, con 1o que se obtiene la acción de frenado por inversión. Este circuito realiza las funciones de control para marcha adelante y marcha atrás en cuanto a arranque, parada, enclavamiento, protección contra sobrecarga, frenado y protección de mínima tensión.
6-5 PROYECTO DEL CIRCUITO 4 Las especificaciones para este circuito son las siguientes. Marcha automática y continua adelante y atrás del motor mediante el empleo de interruptores límite, debiéndose realizar el arranque inicial y la parada mediante pulsadores de contacto momentáneo. También estará provisto de protección contra baja tensión. La necesidad de arranque y parada del proceso mediante pulsadores y la utilización de los interruptores límites o de fin de carrera hace conveniente el uso de un relé de control. El conexionado de éste está representado en la figura 6-5a. El contacto CR1 se utiliza como contacto de retención para mantener excitado el relé una vez pulsado el pulsador de marcha. El contacto CR2 se utiliza para conectar o desconectar a línea el circuito de control de marcha adelante y marcha atrás, satisfaciéndose así la condición de que los pulsadores de ARRANQUE y PARADA inicien y terminen el proceso automático. Mediante el uso del relé de control se obtiene también la protección contra tensión baja. El proceso automático de marcha adelante y ateas requiere el uso de interruptores fin de carrera de contacto momentáneo, y por lo tanto un circuito de control tipo tres hilos para marcha adelante y marcha atrás. Estos interruptores fin de carrera deben poseer dos juegos de contactos, uno normalmente abierto y otro normalmente cerrado. Cuando se conectan según la figura 6-5a, el contacto normalmente cerrado LS2 del interruptor fin de carrera actuará como contacto de parada, y el contacto normalmente abierto LS1 como contacto de arranque para el control de marcha adelante. El contacto auxiliar del contactor de marcha adelante debe estar conectado en paralelo con el contacto normalmente abierto del interruptor fin de carrera LS1, con el fin de que actúe de contacto de retención del contactor F de marcha adelante.
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La figura 6-5b muestra el conexionado adicional necesario para el arrancador de marcha atrás. El contacto normalmente cerrado LS1 del interruptor fin de carrera número 1 está conectado como contacto de parada del contactor R de marcha atrás, y el contacto LS2 normalmente abierto del interruptor fin de carrera número 2 está conectado como contacto de arranque del contactor de marcha atrás. El contacto auxiliar R1 del arrancador de marcha atrás está conectado en paralelo con los contactos normalmente abiertos del interruptor fin de carrera número 2 como contacto de retención. Este circuito satisface todos los requisitos de las especificaciones pero sin enclavamiento eléctrico, el cual está representado en la figura 6-5c. Este enclavamiento se consigue mediante la adición de un contacto normalmente cerrado en serie con cada contactor y activado por el contactor que acciona en sentido contrario el giro del motor. El frenado a inversión de marcha se consigue en este circuito por la acción de los propios interruptores fin de carrera. Cuando el interruptor fin de carrera número 1 deja de estar en su posición normal, el contacto normalmente abierto se cierra excitando a la bobina F y el contacto normalmente cerrado se abre y desexcita a la bobina R. La acción inversa la realiza el interruptor fin de carrera número 2, obteniéndose así el frenado por inversión en ambos sentidos de giro del motor. El circuito de la figura 6-5c funcionaría perfectamente y satisfaría todas las condiciones de funcionamiento si el paro se efectuase siempre en una posición en que el contacto del interruptor fin de carrera quedase normalmente abierto o normalmente cerrado, según conviniese. Sin embargo, este caso no es muy probable, y por consiguiente habrá que proveer medios para arrancar el motor en marcha adelante o marcha atrás con el fin de que los interruptores fin de carrera queden en la posición correcta para ejercer control automático. Las adiciones necesarias del circuito para conseguir esto están representadas en la figura 6-5d. Aquí hemos añadido un pulsador en paralelo con los otros componentes de arranque en los circuitos de marcha adelante y marcha atrás. La función de estos pulsadores es iniciar la acción del motor en el sentido de giro deseado para que pueda funcionar normalmente hasta que el primer interruptor fin de carrera sea activado y luego continúe funcionando automáticamente hasta que se apriete el pulsador PARADA.
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Frecuentemente se utilizan circuitos como éste para el control de fresadoras y otras máquinas herramienta que requieren cambiar el sentido de giro reiteradamente.
6-6 PROYECTO DEL CIRCUITO 5 Los requisitos de este circuito son los mismos que el de la figura 6-4d con la adición de pulsadores de marcha instantánea para conseguir avances o retrocesos intermitentes y graduales. Para ello los pulsadores empleados deben producir la conexión de la bobina del contactor a línea mientras aquél se mantiene apretado, para que el motor funcione y, al mismo tiempo, debe impedir que el contacto auxiliar de retención del contactor mantenga el circuito cuando se libera dicho pulsador de marcha instantánea.
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de su contacto normalmente abierto hasta la bobina del contactor de marcha adelante y a través del enclavamiento eléctrico R2 normalmente cerrado. Al mismo tiempo, el contacto normalmente cerrado de este pulsador JF interrumpe el circuito entre el pulsador PARADA y todos los otros pulsadores y contactos del circuito, volviendo a quedar cerrado una vez realizada la operación, quedando el resto del circuito en condiciones normales de funcionamiento. La instalación y el conexionado del pulsador ]JR marcha atrás instantánea son idénticos a los de marcha adelante instantánea, excepto que está conectado al contactor de marcha atrás. Este circuito comprende muchas de las funciones de control. Posee arranque y parada en marcha adelante y marcha atrás, frenado manual por inversión, de marcha, control de marcha intermitente o gradual tanto en la marcha adelante como en la marcha atrás, enclavamiento eléctrico, protección de mínima tensión y protección contra sobrecarga.
6-7 PROYECTO DEL CIRCUITO 6
El circuito de la figura 6-6 muestra la utilización de los dos pulsadores JF y JR utilizados para conseguir el control mencionado. Siguiendo este circuito se verá que el pulsador de marcha instantánea adelante tiene un contacto normalmente abierto conectado entre el botón PARADA y el contacto auxiliar R2 en serie con la bobina F del contactor de marcha adelante. El contacto normalmente cerrado de este pulsador está conectado entre el botón PARADA y el resto de los dispositivos de control. Cuando es empujado el pulsador de MARCHA INSTANTÁNEA ADELANTE queda establecido el circuito desde la línea 1 a través
En éste nos proponemos añadir el frenado automático por inversión de marcha al circuito de la figura 6-4c. El método más sencillo de obtenerlo es emplear un interruptor de velocidad cero (fig. 4-12). La conexión de este interruptor está representada en la figura 6-7. Su acción es tal que cuando el motor está funcionando en marcha adelante, el brazo móvil del interruptor se mantiene en la dirección indicada por la flecha marcada con la letra F. Cuando se aprieta el pulsador PARADA, se interrumpe el circuito del contactor de marcha adelante, separándose sus contactos y cerrándose el contacto de enclavamiento marcado F2. En este instante, se establece el circuito desde la línea 1 a través del interruptor de velocidad cero y del contacto normalmente cerrado F2 hasta la bobina R del contactor de marcha atrás, produciéndose el frenado por inversión del sentido de giro. El cierre del contacto de retención R1, excitaría la bobina R y esto provocaría el funcionamiento del motor en marcha atrás, pero si se mantiene apretado el pulsador PARADA, la corriente no podrá pasar por R1 y el motor parará, ya que al pasar la velocidad del motor por cero, el interruptor de velocidad cero abrirá. La posición del brazo del interruptor de velocidad cero cuando el motor está funcionando en marcha atrás es la posición marcada R. Cuando se aprieta el pulsador PARADA, el circuito funciona de la misma manera que cuando el motor está funcionando en marcha adelante, excepto que ahora queda frenado el motor por la excitación del contactor de marcha adelante.
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6-8 PROYECTO DEL CIRCUITO 7 Este circuito corresponde al control de un motor de tres velocidades, debiendo ser dicho control selectivo (Sec. 3-9). Para satisfacer el requisito de un control selectivo de velocidad deberán emplearse tres circuitos sencillos de arranque, uno para cada velocidad, a fin de que el operador pueda arrancar al motor en cualquiera de las tres velocidades. Para pasar a la siguiente tendrá que apretar el pulsador de paro y a continuación el de la velocidad correspondiente. Este circuito es el representado en la figura 6-8a Este circuito está desprovisto de toda forma de enclavamiento mediante el cual se pueda impedir que se activen dos velocidades al mismo tiempo, a no ser que disponga de enclavamiento mecánico. El enclavamiento eléctrico necesario se ha añadido en la figura 6-8b, en el que puede observarse que es posible aumentar la velocidad con sólo empujar el pulsador de la velocidad siguiente. Por ejemplo, si el motor está funcionando en la primera velocidad y se desea pasar a la segunda, el contacto de enclavamiento normalmente cerrado designado por M3 estará cerrado y la bobina M2 podrá ser excitada, con lo que se abrirá el contacto normalmente cerrado designado por M2, desexcitándose así la bobina M1 y por consiguiente el contactor correspondiente a la velocidad 1.
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Para que el circuito funcione correctamente, el contacto M2 debe interrumpirse antes de que cierren los contactos de línea del contactor M2. De lo contrario, el arrancador activará dos velocidades simultáneamente, con el consiguiente deterioro del motor y del conexionado. La acción del circuito para la velocidad 3 es análoga, y por la excitación de la bobina M3 queda abierto el contacto normalmente cerrado M3 antes de que se cierren los contactos del contactor de la velocidad 3, quedando eliminadas las velocidades 1 y 2, que de otra manera serían excitadas simultáneamente.
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6-9 PROYECTO DEL CIRCUITO 8 Este nuevo circuito consiste en una modificación del anterior número 7 pero que para conseguir una velocidad dada es necesario siempre empezar por arrancar el motor en la velocidad 1, empujando a continuación el pulsador
Para el paso de una velocidad a otra inferior debe accionarse previamente el pulsador PARADA. Analizando el circuito se ve que si tratamos de pasar de la velocidad 3 a la velocidad 2, apretando el botón ARRANQUE correspondiente a esta velocidad, no se excitará M2 por estar abierto el contacto M3. Lo mismo ocurre si tratamos de pasar de la velocidad 3 a la 1, así como si tratamos de pasar de la velocidad 2 a la 1. Apretando el pulsador PARADA queda desexcitado cualquier contactor que esté excitado, retornando todos los contactos auxiliares a su posición normalmente cerrada y permitiendo que el circuito sea excitado en cualquier velocidad que se desee. Debido principalmente a la dificultad en obtener el necesario escalonado en la apertura y cierre de contactos que intervienen en el enclavamiento, los arrancadores de este tipo emplean generalmente relés de control para cada velocidad, que excitan a su vez los correspondientes contactores. El circuito en el que se utilizan dichos relés de control está representado en la figura 6-8c en la que puede observarse que el conexionado de los tres relés de control es idéntico al de los contactores de la figura 6-8b, con la única adición de un contacto en cada relé para accionar el contactor correspondiente. Aunque este circuito ha sido proyectado para control de velocidad de un solo motor, es igualmente aplicable para el control de secuencia de tres motores. Si las bobinas M1, M2 y M3 fuesen de arrancadores individuales correspondientes a los motores respectivos, arrancarían en secuencias selectivas. Esto significa que el operador podría poner en marcha cualquier motor y progresar en sentido ascendente en la secuencia de los motores. Para retroceder en la secuencia tendrá que parar previamente el motor que está funcionando y luego seleccionar el motor que desee. Esto dará un control selectivo de secuencia de los tres motores y podrá ser extendido a cualquier número de motores que se desee.
correspondiente a la 2 y así sucesivamente hasta alcanzar la velocidad deseada (Sec. 3-9). La figura 6-9 representa el esquema de un circuito para obtener este control secuencial de velocidad de un motor de tres velocidades utilizando relés de control. La disposición de los contactos en estos relés para esta clase de servicio es crítica, y hay que señalar que el contacto normalmente cerrado CR2b debe ser interrumpido antes de que el contacto normalmente abierto CR2c establezca el circuito. También debe quedar interrumpido el contacto CR3b antes de que se establezca el contacto CR3a.
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Este circuito no se diseñará paso a paso, a causa de que se ha proyectado ya un circuito análogo para control de velocidad, que es el 7. En su lugar analizaremos el funcionamiento de este circuito modificado. Supongamos que el operador desee hacer funcionar la máquina en su tercera velocidad. Para ello deberá apretar previamente el pulsador correspondiente a la velocidad 1, el cual excitará la bobina CR1. La excitación de esta bobina hace que se cierren los contactos CR1a y CR1b. El cierre del contacto CR1b excita al contactor correspondiente a la velocidad 1, y el motor arranca y acelera hasta alcanzar esta velocidad. El cierre del contacto CR1a completa el circuito de arranque correspondiente a la velocidad 2, y cuando se aprieta este pulsador podrá ser excitada la bobina CR2, cerrándose los contactos CR2a y CR2c y abriéndose el CR3b. La apertura de este último desactiva al contactor asignado a la velocidad 1. Inmediatamente después se cierra el contacto CR2c, excitando al contactor correspondiente a la velocidad 2 y permitiendo que el motor se acelere y funcione en la segunda velocidad. El cierre del contacto CR2a completa el circuito de arranque correspondiente a la tercera velocidad. Cuando se aprieta el pulsador de arranque de la tercera velocidad, se completa el circuito de la bobina CR3, y esto a su vez abre el contacto CR3b, que desactiva al contactor correspondiente a la velocidad 2. Inmediatamente después se cierra el contacto CR3a, excitándose el contactor correspondiente a la velocidad 3, lo que permitirá que el motor se acelere y funcione en la velocidad 3. Los relés de control permanecen excitados hasta que se aprieta el pulsador de parada y la única manera de reducir la velocidad es accionar el botón de PARADA y luego acelerar progresivamente el motor, empezando en la velocidad 1 y pasando gradualmente hasta la velocidad más alta que se desee. Aunque este circuito está concebido para sólo tres velocidades, podría ser ampliado para que incluyese tantas velocidades como se deseasen en el motor en cuestión. No presentamos este circuito como representante del método óptimo para proveer el control secuencial de velocidad. En un proyecto de circuito de control para un motor y un controlador dados intervienen muchos factores. El especialista de control encontrará muchas variantes de circuitos para realizar las mismas funciones, por lo que deberá conocer perfectamente el funcionamiento de los componentes y los circuitos que puede utilizar para conseguir un fin determinado. Para el estudio, aprenderse de memoria un determinado circuito para una función en particular, es innecesario y perjudicial.
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6-10 PROYECTO DEL CIRCUITO 9 Circuito destinado al control de un motor trifásico rotor bobinado con anillos rozantes. Se desea arranque automático de tiempo fijo y cuatro escalones, iniciándose el proceso al accionar el pulsador ARRANQUE. También se desea pueda funcionar en cualquiera de las cuatro velocidades reducidas mediante el pulsador de la velocidad correspondiente, así como poder variar las velocidades a voluntad una vez alcanzada la de régimen. Para tener una idea de conjunto de los contactos y relés de control que serán necesarios consideraremos un esquema elemental del circuito secundario del motor (fig. 6-10d). Este circuito provee los requisitos esenciales de un arranque en cuatro escalones a condición de que los contactos sean correctamente controlados. Para ello se utilizan relés con contactos temporizados, obteniéndose el arranque de tiempo fijo. La primera fase del proyecto de este circuito será obtener los cuatro escalones de arranque en un tiempo definido, utilizando un pulsador ARRANQUE para iniciar el proceso puesta en marcha. La figura 6-10 a muestra nuestro circuito en su fase de desarrollo. A1 accionar el pulsador ARRANQUE se excitará la bobina de CR, cerrándose el contacto de retención CR1. El contacto CR2 cierra y activa al contactor primario PC, encargado de conectar el motor a la línea. Debe emplearse alguna forma de enclavamiento para evita que el motor pueda arrancar cuando no está toda la resistencia intercalada en el circuito secundario, velocidad 1; no obstante será preferible proyectar dicho enclavamiento una vez proyectado el circuito que permita el control de velocidad. Se puede utilizar un tercer contacto del relé de control (CR) (figura 6-10b), CR3 para activar a un relé S2 de acción diferida con contactos temporizados al cierre conectados de modo que cortocircuiten la primera sección de la resistencia (fig. 6-10d), obteniéndose así la aceleración correspondiente al segundo escalón. Para proveer el tercer escalón de aceleración (fig. 6-10c), es obvioi que será necesario un segundo contacto temporizado al cierre en S2 para excitar a un segundo relé S3, el cual también posee dos contactos temporizados al cierre conectados de modo que cortocircuiten la segunda sección de la resistencia (fig. 6-10d). El cuarto escalón se consigue mediante un circuito análogo.
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La segunda especificación correspondiente al control independiente de velocidad después de alcanzada la velocidad nominal requerirá alguna modificación del circuito de la figura 6-10d. Para poder seleccionar a voluntad cualquier velocidad, el operador deberá poder abrir cualquiera de los contactos cerrados y cerrar cualquiera de los contactos abiertos del circuito secundario según se requiera para cada una de las velocidades.
La adición de un contacto normalmente cerrado en serie con cada contacto TC en el circuito de la figura 6-10d proporcionará los contactos equivalentes abiertos y cerrados en el circuito secundario. La adición de un contacto normalmente abierto en paralelo con cada grupo de dos contactos en serie proveerá el efecto de cerrar cualquiera de los contactos abiertos del circuito secundario. Estos contactos están representados en la figura 6-11. En la figura 6-12 puede verse el accionamiento mediante pulsadores de los contactos adicionados de la figura 6-11 y que satisface la segunda condición del control: variación de velocidad. El S4 debe poseer un contacto temporizado al cierre en serie con el circuito de control de velocidades con el fin de garantizar que el motor ha sido acelerado hasta la velocidad de régimen antes de que se le pueda hacer funcionar en una velocidad inferior.
El circuito de la figura 6-10c proporciona un grado satisfactorio de enclavamiento, ya que los contactos de S2, S3 y S4 se abren siempre que se aprieta el botón PARADA y restaura toda la resistencia en el circuito secundario del motor. Este circuito satisface la primera especificación del proyecto de circuito.
El pulsador correspondiente a la velocidad inferior excita el relé LS. Seis contactos LS normalmente cerrados están conectados en serie con los contactos TC según el circuito de la figura 6-11. Cuando se aprieta el pulsador de velocidad baja, se excita el relé LS y se abren los seis contactos normalmente cerrados, los cuales vuelven a intercalar toda la resistencia en el circuito secundario, con lo que se consigue el funcionamiento en velocidad baja.
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Para aumentar la velocidad desde la baja o primera hasta la segunda, debe ser añadido el relé 2S junto con los pulsadores y contacto de retención correspondientes. Se utiliza un contacto normalmente abierto 2S para aislar LS cuando se pasa a una velocidad más alta y para excitar a LS cuando se pasa a segunda velocidad desde una más alta. Para cortocircuitar parte de la resistencia se utilizan dos contactos normalmente abiertos en 2S (fig. 6-11). La adición de la tercera velocidad se obtiene duplicando los componentes de la segunda velocidad y utilizando los contactos indicados dos por 3S en los circuitos de las figuras 6-11 y 6-12. No es necesario el enclavamiento cuando se pasa desde la segunda velocidad hasta la tercera a causa de que los contactos 2S de la figura 6-11 no afectan al funcionamiento aunque permanezcan cerrados. La cuarta velocidad o velocidad de régimen se puede restaurar eliminando simple a instantáneamente todos los contactos y relés asociados con las velocidades más bajas, ya que todos los contactos TC de la figura 6-11 están ahora cerrados. Esto se puede hacer añadiendo un pulsador normalmente cerrado, como se indica en la figura 6-12. El circuito desarrollado hasta este punto sería satisfactorio si el operador desease siempre pasar de una velocidad baja a una velocidad más alta. Para reducir la velocidad, es necesario abrir los contactos 2S y 3S de la figura 6-11. El enclavamiento mediante el use de contactos implicaría la adición de más relés en el circuito, pero los contactos normalmente cerrados formando parte de los pulsadores del control de velocidad, tal como se indica en la figura 6-12, proporcionan una eliminación eficaz de todas las velocidades más altas cuando se desea funcionar en una velocidad más baja. Este circuito puede parecer poco práctico en lo que respecta a sus requisitos, pero lo incluimos aquí para indicar que mediante un proceso sistemático de proyecto se puede satisfacer cualquier requisito del sistema.
6-11 PROYECTO DEL CIRCUITO 10 Proyecto de un circuito para el control de arranque, de tiempo definido, y variación de velocidad para motor Shunt de c.c. Se desea poder arrancar el motor y acelerarlo hasta una cualquiera de las 5 velocidades preseleccionadas. Las velocidades 1 y 2 son inferiores a la velocidad nominal del motor (control de subvelocidad). La velocidad 3 es la nominal, y las 4 y 5 son superiores a ésta (control de sobrevelocidad).
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El requisito de dos velocidades inferiores a la nominal implica la utilización de tres escalones de resistencias en serie con el inducido (figura 6-13a). Una de las secciones o escalones debe quedar en cortocircuito para obtener la velocidad 1, la segunda para la velocidad 2 y la tercera para la velocidad nominal, obteniéndose estos cortocircuitos mediante los contactos S1a, S2a y S3a. El requisito de dos velocidades superiores a la normal implica dos resistencias en serie con el devanado de excitación, derivación y cortocircuitadas por los contactos normalmente cerrados S4a y S5d hasta que se haya alcanzado la velocidad nominal, debiéndose abrir a continuación S4a y S5a según la velocidad deseada. La adición de un relé térmico de sobrecarga y los contactos principales o de línea completan el circuito del motor. De este modo sólo queda proyectar el circuito de control para accionar correctamente los contactos. La fase 1 del proyecto del circuito de control consistirá en obtener la velocidad 1 empleando un pulsador para excitar el primer relé S1 temporizado al cierre. Este circuito debe permanecer excitado, por consiguiente requiere un contacto de mantenimiento o retención. Cuando se arranca un motor de c.c., es necesario intercalar una resistencia apropiada en el circuito del inducido hasta que comienza a acelerar. Esto a su vez requiere un retardo antes de que R1 quede en cortocircuito. Si el contacto S1a es un contacto de cierre temporizado, proporcionará el tiempo necesario para que el motor alcance la velocidad deseada. Los contactos principales de línea deben cerrarse en primer lugar, debiendo ser por lo tanto de acción instantánea, no temporizados. Para la protección y parada del motor se empleará un relé de sobrecarga y un pulsador. El contacto de mantenimiento S1c de la bobina Sl, debe ser de cierre instantáneo. Es evidente que S1 debe ser activado independientemente de la velocidad elegida; por tanto podemos añadir un contacto de mantenimiento para cada velocidad en paralelo con S1c. Todos estos contactos deben ser del tipo de cierre instantáneo. El circuito de la figura 6-13b servirá para el arranque del motor y permitirá acelerar éste hasta que alcance la velocidad deseada, instante en el cual S1a
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cierra y suprime R1 del circuito. El motor funcionará a esta velocidad a no ser que se accionen otros pulsadores. El requisito de un pulsador para cada velocidad implica un circuito tipo tres hilos y un relé temporizado al cierre para cada velocidad. La figura 6-13c es un circuito tres hilos que sirve para excitar y mantener S2. El contacto instantáneo S2, activará el relé S1 y por consiguiente cerrará los contactos de línea S1b y S1. El relé S2 debe proveer un retardo de tiempo de doble duración de la de S1 a fin de dar tiempo a que S1 cumpla su misión y luego proporcione el tiempo de aceleración para la velocidad 2. Deberán emplearse contactos instantáneos en paralelo con S2b con el fin de que siempre que se seleccione una velocidad superior a la 2, actúe el control correspondiente a la 2 a su tiempo. Las otras velocidades se controlan por circuitos análogos al de la velocidad 2. Cada una de las velocidades más altas debe tener un relé con tiempo de retardo más largo y proveer contactos para excitar todas las velocidades más bajas. Hay otros circuitos que pueden proveer este control; sin embargo, hemos elegido éste para ilustrar el grado en el cual el circuito puede depender del enclavamiento correcto.
6-12 PROYECTO DEL CIRCUITO 11 Circuito de control para un sistema de acondicionamiento de aire por agua fría. El compresor es centrífugo y está impulsado por un motor trifásico de jaula de 500 CV. La presión es controlada antes de la entrada del agua al condensador provista por una bomba de agua. El agua fría es bombeada hasta el cambiador de calor por otra bomba. Se desea un control de protección que pare el compresor siempre que deje de circular el agua fría o el agua del condensador. El arrancador para el compresor es del tipo autotransformador reductor, con tiempo fijo de arranque. Este tiempo fijo de arranque se obtiene mediante la incorporación de un relé temporizado al cierre en el arrancador. En la primera fase del proyecto del sistema se establece el caudal de aire frío y su detección por medio de un interruptor de caudal situado en la tubería. El interruptor de caudal (CWF) está situado generalmente en la tubería de retorno del agua para que la circulación se complete en el sistema. En el esquema de la
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figura 6-14a puede verse la disposición de los pulsadores de sistema y puesta en marcha de la bomba de agua fría.
ARRANQUE
y
PARADA del
Cuando es detectado el caudal de agua fría por el interruptor de caudal, la bomba de aceite del compresor se pone en marcha estableciendo la presión correcta (fig. 6-14b). En cuanto el interruptor de la presión de aceite detecta la presión suficiente, arranca la bomba de agua del condensador (fig. 6-14c) necesaria para la refrigeración del compresor y evitar que la presión de entrada alcance un valor peligroso. El funcionamiento del compresor depende del caudal de agua fría, presión de aceite y caudal en el condensador y está dispuesto para arrancar a tensión reducida si el manómetro de baja indica una presión menor del 10 % . Existen diferentes interruptores de presión. En el esquema está representado por el contacto L normalmente cerrado, cosa que ocurre cuando la presión es del 10 % o menor. Cuando el contacto L está abierto no permite que el compresor arranque. La figura 6-14d es el circuito del contactor de un arrancador a tensión reducida cuya bobina es RV. Recuérdese que RV es un contactor con mecanismo de enganche, por lo que la bobina sólo debe ser excitada brevemente. La bobina de disparo RV del contactor debe ser excitada siempre que se produzca una sobrecarga durante el arranque y cuando el contactor de funcionamiento es activado por el relé de acción diferida (TD1). La bobina de disparo sólo debe ser excitada momentáneamente; por consiguiente, un contacto RV debe eliminar de la línea a la bobina. El circuito de la bobina de disparo debe ser mantenido abierto cuando esté cerrado el contactor de funcionamiento; por tanto, el contacto RV normalmente abierto (N.A.) está conectado en serie con este circuito. Cuando el relé temporizado de arranque a tensión reducida TD1 se desexcita, cierra su contacto y dispara al contactor RV, excitando brevemente a la bobina de cierre del contactor de funcionamiento (RC). Este contactor permanecerá cerrado debido a su mecanismo de enganche (fig. 6-14 e). El control de protección del compresor durante el funcionamiento debe estar en paralelo con los contactos normalmente abiertos en este circuito de la bobina de disparo. El interruptor de caudal de agua fría y el interruptor de presión de
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Todo lo que falta ahora en este circuito es excitar el dispositivo control baja presión L después de un corto retardo de tiempo para que el compresor pueda alcanzar su velocidad de régimen. Entonces el termostato puede controlar la carga del compresor (fig. 6-14f).
Resumen El proyecto de los circuitos que hemos seleccionado hasta aquí tiene por objeto presentar un método de desarrollo o proyecto de los circuitos de control. Aunque con los que aquí proyectamos no se agota ni mucho menos el número de circuitos que realmente se puede encontrar en la práctica, servirán de base pare adquirir los conocimientos necesarios en el proyecto de los circuitos de control. E1 proyecto se debe desarrollar función por función, añadiendo únicamente los componentes necesarios pare realizar en cada caso la que se desea. Después se analiza el circuito pare comprobar que no se estorba una operación anterior y que realmente realiza la función propuesta, antes de proseguir con las ulteriores adiciones en el circuito. Si se siguen estas reglas sencillas, no se encontrarán dificultades para el proyecto de un circuito que realice cualquier función que se desee. El mayor peligro en el proyecto de los circuitos de control es tratar de diseñar un circuito completo de una vez. Por consiguiente no hay que olvidar que el proyecto paso a paso implica la pérdida de menos horas para tratar de hallar la causa de que un circuito no funcione debidamente después de haber sido alambrado.
aceite (OPS) pararán a la bomba de agua del condensador. Los interruptores de caudal del agua del condensador (Cond. F) en el circuito de arranque no pararán al compresor cuando están abiertos; por tanto, en este interruptor es necesario que haya un juego de contactos conectados al circuito de disparo del contactor de funcionamiento a fines de protección. Estos contactos deben estar normalmente cerrados cuando no hay caudal, por lo que se abrirán cuando se establezca éste. E1 contacto normalmente abierto RC del contactor de funcionamiento impide que sea excitada la bobina de disparo cuando el contactor de funcionamiento está cerrado.
Es muy recomendable que el estudiante practique el proyecto de circuitos de varios tipos y los verifique para comprobar que realmente funcionarán cuando se realicen prácticamente. Si el lector dispone de un equipo de componentes de control, en esta fase del estudio deberá proyectar circuitos de diversos tipos, realizarlos prácticamente y probarlos para asegurarse de que funcionan. Si el circuito no funciona como se esperaba, se le analizará y localizará el defecto para determinar la causa de que no funcione. Si este complemento del estudio del proyecto de circuito es posible, el estudiante tendrá una gran ventaja sobre los otros que no han hecho esta práctica cuando se trata de aplicar estos principios a los circuitos reales. Los circuitos implicados en el proyecto del control en cuestión han sido establecidos claramente en esta sección del libro, y todo lo necesario para perfeccionar esta técnica hasta un grado satisfactorio es que el estudiante practique. Sus propios deseos y su grado de aprovechamiento
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determinarán el tiempo adicional que debe invertir para practicar el proyecto de los circuitos de control.
10. Reemplazar el relé de dos posiciones del circuito de la pregunta 9 por un relé programador pare alternar el funcionamiento de las bombas cada 24 horas.
Preguntas de repaso
11. Cuatro motores que arrancan en orden o secuencia ascendente. Proveer un retardo de tiempo de 20 segundos entre los arranques de cada motor.
Proyectar circuitos para to siguiente: 1. Un motor controlado por una caja o panel de pulsadores PARADA.
ARRANQUE-
2.
Añadir al circuito anterior un segundo pulsador para arrancar el motor desde otro sitio.
3.
Añadir al circuito anterior un interruptor de límite o de fin de carrera para parar el motor.
4.
Un motor controlado por un conjunto de pulsadores. Cuando este motor se para, arranca a un segundo motor que funciona hasta que es parado apretando un pulsador PARADA.
5.
Revisar el circuito de la pregunta 4, de modo que el segundo motor funcione sólo durante dos minutos y luego se para automáticamente.
6.
Tres motores conectados de modo que Sean todos ellos puestos en marcha por un pulsador ARRANQUE e interconectados de modo que si alguno de ellos no arranca por alguna causa, o se pare, se paren también los otros. El pulsador PARADA para a todos los motores.
7.
Dos bombas se ponen en marcha y se paran al mismo tiempo mediante un interruptor de presión. Conectar un interruptor manual de forma que las bombas funcionen alternadamente.
8.
Añadir al circuito de la pregunta 7 un segundo interruptor de presión para arrancar la bomba que está parada si la presión continúa bajando.
9.
Reemplazar el interruptor manual del circuito de la pregunta 8 con un relé de dos posiciones pare alternar automáticamente las bombas ceda vez que se las pone en marcha.
12. Cuatro motores que arrancan en secuencia selectiva. 13. Un motor de tres velocidades con arranque de secuencia selectiva. Proveer el control para que pueda ser reducida la velocidad sin accionar previamente el pulsador PARADA. (OBSERVACIÓN: esto es similar al frenado por inversión de marcha.) 14. Hay cuatro motores de ventiladores extractores en un edificio. Cada ventilador está equipado con un termostato. Si cualquiera de los termostatos, de contactos normalmente cerrados, se abre por efecto de una alta temperatura, se pararán todos los ventiladores.
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Análisis de los circuitos de control
7 Análisis de los circuitos de control
Una vez dominada la técnica del proyecto de los circuitos de control, pasaremos a analizar circuitos ya proyectados por otros. La primera fase en el análisis de un circuito es determinar qué operaciones realiza la máquina o equipo propulsado por el motor, a fin de poder comprender fácilmente cuáles son las funciones del circuito. Para analizar cualquier circuito dado, deberá representarse en esquema explicativo o en línea, a no ser que ya se disponga de él. Como antes dijimos, si el esquema está correctamente hecho, la secuencia de las operaciones de control comenzará en la parte superior izquierda del dibujo y continuará siguiendo la primera recta horizontal, y luego cada una de las sucesivas hacia abajo. Sin embargo, no todos los esquemas están dibujados en este orden, por lo que no hay que esperar que esto sea siempre aplicable.
7-1 Procedimiento Básico El procedimiento básico para el análisis de un circuito es muy sencillo y se comprenderá fácilmente si se ha asimilado el capítulo precedente sobre el proyecto de circuito. Basta considerar los componentes uno por uno en el circuito y deducir lo que ocurre si se actúa sobre un pulsador o se cierra o se abre un contacto, teniendo en cuenta que siempre debe haber un circuito
completo desde una línea a otra a través de la bobina que excita un relé, contactor o arrancador. Si el circuito está abierto en cualquier punto, la bobina en particular. se desexcitará y sus contactos, si están incluidos en el circuito, estarán en su posición normal. Cuando el circuito de una determinada bobina queda cerrado, el contactor, relé o arrancador están excitados, y sus contactos están en posición contraria a la normal. Es decir, si son contactos normalmente cerrados, ahora estarán abiertos; si son contactos normalmente abiertos, ahora estarán cerrados. Si se utiliza un relé temporizado en el circuito, habrá que tener en cuenta si sus contactos están temporizados a la apertura o al cierre para determinar la posición normal y su función en el circuito. Cuando se utilizan relés en el circuito, hay que cerciorarse de que han sido localizados todos los contactos accionados por cada relé, así como su posición según esté o no excitada la bobina, ya que sin ello no será posible comprender la misión del circuito en su conjunto. Igualmente debe verificarse la misión de cada uno de los componentes en sus posiciones normal y excitada. No se deben tomar nunca conclusiones apresuradas cuando no se ha terminado de hacer el análisis. En la siguiente sección analizaremos varios circuitos siguiendo el procedimiento de paso a paso para adquirir los conocimientos fundamentales de esta operación, que podrán ser aplicados a situaciones reales en la práctica. El análisis de un circuito es un requisito previo para cualquier diagnóstico eficiente de averías en los circuitos de control.
7-2 Análisis del Circuito 1 Observando la figura 7-1 resulta evidente que es un circuito de control para un arrancador de marcha adelante y marcha atrás. Para analizar la operación de este circuito comenzaremos por la parte superior izquierda en L1. El primer componente es un pulsador PARADA que está normalmente cerrado. A continuación pueden verse tres derivaciones que terminan: la 1.a en un pulsador de arranque normalmente abierto marcado ADELANTE; la 2.a en un interruptor unipolar en posición abierto, y la 3.a en otro pulsador de arranque marcado ATRÁS (marcha atrás), también normalmente abierto. Si ahora apretamos el pulsador de MARCHA ADELANTE, la corriente pasará a través de los contactos normalmente cerrados del pulsador de marcha ATRÁS y R2 excitando la bobina F perteneciente al contactor de la marcha adelante, ya
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que el circuito se cerrará por los contactos de sobrecarga normalmente cerrados designados OL hasta L2. El circuito está, pues, completo desde la línea L1 a través de la bobina del arrancador de marcha adelante hasta L2, y la bobina F estará ahora excitada. La excitación de esta bobina abrirá el contacto nor malmente cerrado F2 y cerrará el contacto normalmente abierto F1. La apertura del contacto normalmente cerrado no tiene efecto inmediato en el circuito, a causa de que el contacto normalmente abierto del pulsador para la marcha atrás tiene interrumpido el circuito delante de este contacto. El cierre del contacto normalmente abierto no tiene efectos inmediatos, a causa de que el interruptor unipolar está abierto.
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resultado será la interrupción del circuito de la bobina F y el establecimiento del circuito a través de los contactos normalmente abiertos del botón MARCHA ATRÁS a través del contacto normalmente cerrado F, y la bobina R hasta la línea 2, frenándose así el motor por inversión de marcha. El funcionamiento del motor en marcha atrás se mantiene por el contacto normalmente abierto R1, que ahora está cerrado. El arrancador de marcha adelante no puede poner en funcionamiento al motor por estar abierto el contacto normalmente cerrado R. Si se pone el interruptor unipolar en la posición abierto y se aprieta el pulsador MARCHA ATRÁS, tenemos exactamente la misma operación que cuando empujamos el de MARCHA ADELANTE, excepto que ahora es excitado momentáneamente el arrancador de marcha atrás. Ya que hemos analizado la operación de los componentes individuales de este circuito, podemos resumir su acción de conjunto diciendo que el circuito provee el funcionamiento de marcha adelante y marcha atrás. También provee el frenado por inversión de marcha en cualquier sentido y por la posición del interruptor unipolar proveerá la puesta en marcha momentánea en cualquier sentido a voluntad del operador. Los contactos normalmente cerrados R2 y F2 son un enclavamiento eléctrico entre los contactores de marcha adelante y marcha atrás. El interruptor unipolar representado en este circuito tome el nombre de interruptor para marcha intermitente o gradual a causa de que en la posición abierto permite poner en marcha durante cortos intervalos sucesivos al motor en uno a otro sentido, según el pulsador accionado.
Fig. 7-1 Análisis del circuito 1. Control para marcha adelante y marcha atrás de un solo motor. Cuando se libera el pulsador MARCHA ADELANTE, está interrumpido el circuito en este punto desde la línea hasta la bobina F y, a causa de que no hay contacto de mantenimiento que puntee esta interrupción en el circuito, la bobina se desexcitará. Supongamos ahora ,que cerramos el interruptor unipolar de modo que conecte la línea 1 a un lado del contacto normalmente abierto F1 y apretemos nuevamente el pulsador MARCHA ADELANTE. La acción del circuito es la misma que la que antes explicamos, excepto que ahora, cuando está cerrado el contacto normalmente abierto F1, se completa el circuito desde la línea 1 por el contacto del pulsador normalmente abierto. Cuando es liberado este pulsador, el circuito se mantiene a través del contacto F1 y el motor continuará funcionando en marcha adelante. Supongamos ahora que apretemos el pulsador MARCHA ATRÁS. Esto abrirá su contacto normalmente cerrado y cerrará su contacto normalmente abierto. El
7-3 Análisis del Circuito 2 En la figure 7-2 vemos solamente un contactor o bobina de arrancador, lo que indica que es un circuito para el control de un solo motor que funciona en una sola dirección. Aplicando nuestro principio de análisis al circuito para determinar su funcionamiento, veremos que el pulsador PARADA está normalmente cerrado por lo que la corriente puede circular hasta uno de los dos contactos normalmente abiertos identificados por CR. Si apretamos el pulsador ARRANQUE, se completará el circuito a través de la bobina designada por CR hasta la línea 2. Si las designaciones utilizadas en este circuito están normalizadas, se puede afirmar que éste es un relé de control que aparentemente tiene dos contactos normalmente abiertos utilizados en este circuito, designados por 1 las letras CR, y que al estar excitado el relé CR estarán cerrados. Debido al cierre de los contactos CR, se excitará el contactor
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M y se pon en marcha el motor. Al excitarse M, cerrará el contacto normalmente abierto M, que junto con el CR ya cerrado permitirá que el contactor M continúe excitado al dejar de accionar el pulsador ARRANQUE.
Fig. 7-2 Análisis del circuito 2. Control de arranque, paradas y funcionamiento intermitente de un solo motor. El motor podrá ser parado con sólo apretar el pulsador PARADA, lo que interrumpe el circuito desde L1, permitiendo que el relé de control y la bobina del arrancador se desexciten. Supongamos que ahora apretamos el segundo pulsador de contacto normalmente abierto, o sea el de funcionamiento intermitente. La corriente pasará directamente desde la línea 1 a través del pulsador PARADA normalmente cerrado, del pulsador que hemos accionado hasta la bobina M, y luego a través de los contactos de los relés sobrecarga hasta la línea 2, y el motor será excitado. La excitación de la bobina M cierra nuevamente su contacto normalmente abierto; pero éste no mantendrá el circuito cuando se libere el pulsador, a causa de que el contacto normalmente abierto CR está abierto y tiene al circuito interrumpido desde la línea 1. Cuando liberamos el pulsador el motor quedará desconectado de la línea. Este circuito provee la puesta en marcha intermitente y además la protección adicional de seguridad de un relé el cual impide eficazmente que el arrancador quede enclavado durante el servicio intermitente. Cuando se aprieta el pulsador ARRANQUE, se excitan el relé de control y el contactor, quedando éste excitado a través de los contactos del relé. Cuando se aprieta el pulsador INTERMITENTE solo se excita el contactor, y los contactos del relé normalmente abiertos impiden eficazmente que quede excitado al dejar de accionar dicho pulsador.
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7-4 Análisis del Circuito 3 En la figura 7-3 se ve que las tres líneas horizontales de la parte superior contienen los contactos de línea del arrancador designados por la letra M, los relés térmicos de sobrecarga y los tres bornes de motor designados T1, T2 y T3. Las dos líneas horizontales siguientes contienen primero los contactos DB y luego el primario de un transformador designado por PT. El secundario de este transformador está conectado a un rectificador puente de onda completa con dos terminales de c.c. marcados con los signos más y menos respectivamente. La salida de este rectificador está aplicada a los terminales T1 y T3 del motor a través de los contactos DB. La parte del circuito hasta ahora considerada pertenece a las conexiones interiores del controlador, y la sección restante del circuito contiene el control exterior arranque-parada del controlador. Al examinar este circuito, si aplicamos nuestra técnica de análisis, veremos que apretando el pulsador ARRANQUE se excitará a la bobina M a causa de que todos los otros componentes del circuito están normalmente cerrados. La excitación de la bobina M cerrará todos sus contactos y, si consideramos esto en el esquema, el motor se pondrá en marcha al cerrarse los tres contactos de línea. El contacto auxiliar de mantenimiento en paralelo con el pulsador ARRANQUE se cerrará, quedando excitado el contactor M aunque se deje de presionar el pulsador ARRANQUE por lo que el motor quedará funcionando normalmente. La abertura del contacto normalmente cerrado M, situado en la línea inferior del dibujo, impedirá que sea excitada la bobina DB. Simultáneamente con la excitación de la bobina M, la bobina T es también excitada. Ésta parece ser de un relé temporizado ya que su contacto T lleva la indicación (T.O.), temporizado a la abertura. Si apretamos el pulsador PARADA, la bobina M se desexcitará abriéndose todos sus contactos, que vuelven a sus posiciones normales. La abertura de los contactos de línea M interrumpe el circuito del motor y corta la corriente. El contacto auxiliar en paralelo con el pulsador ARRANQUE se abre, pero no afecta por el momento al circuito. Sin embargo el retorno del contacto normalmente cerrado M a su posición cerrada, excitará a la bobina DB a causa de que el contacto T está aún cerrado. Sabemos que este contacto está cerrado porque está designado como temporizado a la abertura, y aunque su bobina está ahora desexcitada, el dispositivo temporizador mantendrá a este contacto en posición cerrada.
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¿Qué finalidad tiene aplicar tensión de c.c. a un motor cuando se aprieta el pulsador PARADA? La aplicación de la tensión c.c. a un motor de jaula en funcionamiento tiene el efecto de suavizar la acción de frenado pero sin restarle efectividad y parará al motor rápida pero muy gradualmente. Puede parecer dudosa la necesidad de incorporar el relé temporizado en este circuito. Si no suprimiésemos la tensión c.c. del motor a velocidad casi nula, la baja resistencia en c.c. del arrollamiento del motor permitiría que pasase por él una corriente de intensidad excesiva, con el consiguiente recalentamiento y el posible deterioro de los devanados del motor. Este relé temporizado debe estar ajustado de modo que aplique la tensión de c.c. a los devanados del motor hasta que quede frenado y la suprima una vez esto ocurra. Según se desprende de lo estudiado, este circuito puede pertenecer a un arrancador de motor a tensión nominal o arranque directo, con la adición de un control rápido y suave de frenado. Este circuito puede ser muy bien aplicado a cualquier máquina que requiera una parada suave y rápida o bien se desee que el eje del motor quede libre, una vez parado para la rotación manual. También provee una parada sin tendencia a la inversión de marcha, lo que es una ventaja cuando deba ser aplicado el efecto de freno frecuentemente. Requiere menos mantenimiento que un freno mecánico, y por consiguiente se reducen los costes de mantenimiento. Además somete a menos choques a los elementos de la máquina accionada que un freno mecánico y produce menos calentamiento que con el frenado por inversión de marcha. Este tipo de frenado se Llama dinámico.
Fig. 7-3 Análisis de1 circuito 3. Freno dinámico para motor jaula. (Cutler-Hammer, Inc.)
Estando la bobina DB excitada, todos los contactos indicados por las letras DB estarán ahora en posición cerrada. El contacto normalmente cerrado en serie con la bobina M se abrirá, impidiendo que esta bobina pueda volver a excitarse hasta que el relé temporizado haya abierto al contacto T. El cierre de los cuatro contactos normalmente abiertos DB asociados al transformador y rectificador aplicarán la tensión c.c. a T1 y T3 y la mantendrán en el motor hasta que se desexcite el relé temporizado, abriéndose el contacto T, que vuelve a poner al circuito en su posición normal o de reposo.
7-5 Análisis del Circuito 4 En la figura 7-4 vemos un doble juego de contactos de línea designados por 1M y 2M que conectan las líneas 1, 2 y 3 a los bornes del motor. También tenemos en esta parte del circuito contactos designados por S, que parecen interconectar alguno de los devanados del motor. En la sección inferior del esquema, tenemos un pulsador ARRANQUE uno de PARADA y una bobina S que parece pertenecer a una especie de contactor auxiliar. Además tenemos la bobina 1M, que evidentemente es un contactor de línea del motor. La bobina TR parece ser un relé temporizado. La bobina 2M parece ser un segundo contactor de línea del motor. En el análisis de este circuito supongamos que apretamos el pulsador con lo cual se excitará la bobina S, ya que todos los contactos y
ARRANQUE,
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pulsadores del circuito están cerrados. La excitación de esta bobina accionará a todos sus contactos, los cuales excitarán a la bobina 1M y también impedirán la excitación de la bobina 2M por la abertura de sus contactos normalmente cerrados. Los dos contactos normalmente abiertos S, que conectan tres de los bornes del motor, estarán ahora cerrados, formando una conexión en estrella de las bobinas del motor. La excitación de la bobina 1M cierra todos sus contactos, tres de los cuales son los de línea del motor, poniéndose éste en marcha. Otro de sus contactos está en paralelo con el pulsador ARRANQUE y actúa de contacto de mantenimiento. El otro contacto está en serie con la bobina 2M, que no actuará por estar abierto el contacto normalmente cerrado S. Tenemos aquí, pues, un motor de jaula en montaje de estrella y conectado directamente a la línea. En el instante en que es excitada la bobina 1M, lo ha sido la TR, y ha comenzado la acción temporizadora de su contacto normalmente cerrado TR. Cuando este contacto deja de actuar y se abre, interrumpe el circuito hasta la bobina S y todos sus contactos vuelven a la posición normal. La abertura de los dos contactos que conectan los arrollamientos del motor interrumpen la conexión en estrella de los devanados. La abertura del contacto en serie con la bobina 1M no tiene efecto en el circuito a causa de que éste está completado a través del contacto 1M en paralelo con aquél. El cierre del contacto normalmente cerrado en serie con la bobina 2M, completa ahora el circuito hasta esta bobina y hace que se cierren sus contactos, conectando directamente los bornes del motor a la línea, y formando una conexión triángulo del motor. Si se encuentra alguna dificultad en darse cuenta de las conexiones del motor, dibújense estas conexiones separadamente y se verá que la primera correspondía a la configuración en estrella y la segunda a una conexión en triángulo de los tres devanados del motor. Naturalmente, apretando el pulsador PARADA se desexcitan todas las bobinas y el circuito vuelve a su condición normal de reposo. Este circuito incluye tres resistencias y tres contactos para conectarlas, así como una bobina y otros contactos asociados que pueden ser necesarios para establecer una transición cerrada en el arranque del motor. De nuestro análisis de este circuito hemos deducido que es un arrancador de motor del tipo estrella-triángulo con el fin de obtener un efecto de tensión reducida en el arranque del motor como se explica en el capítulo 3. Fig. 7-4 Análisis del circuito 4. Arrancador estrella-triángulo para motor jaula (Cutler-Hammer, Inc).
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En aplicaciones en que es necesaria o conveniente una transición cerrada, se representan las conexiones adicionales para añadir una resistencia que puntee las conexiones del motor durante la transferencia o paso de estrella a triángulo. Éste es un circuito más bien normal y sirve para un estudio del principio de funcionamiento. Sin embargo, advertimos otra vez que no es ésta la única manera posible de obtener el arranque en la disposición estrella-triángulo de los motores de jaula, y que por consiguiente no se debe recordar este circuito, como el único posible. El uso de un relé temporizado con sus contactos temporizados a la abertura conduce al tipo de arranque de tiempo fijo. Como el lector ya habrá observado, este controlador incluye un contactor bipolar y tres contactores tripolares electromagnéticos y el enclavamiento mecánico necesario para conseguir una secuencia de operaciones y evitar que puedan establecerse dos conexiones al mismo tiempo, lo que podría ser causa de cortocircuito.
Análisis de los circuitos de control
conectado directamente a la línea. La excitación de la bobina R también cierra el contacto R1, que está en paralelo con los contactos TR y S1. La abertura del contacto R2 hará que se desexciten las bobinas 1CR y TR. Los contactos asociados a estas dos bobinas volverán a su posición normal, pero el relé 2CR se mantendrá excitado ya que su circuito se cierra mediante el pulsador PARADA, el contacto 2CR1 y el contacto R1. El citado relé mantendrá cerrado el contacto 2CR2 con lo que quedará excitada R y por lo tanto el motor conectado a la red. Si ahora se aprieta el pulsador PARADA, todos los contactos volverán a su posición normal y todas las bobinas se desexcitarán, abriéndose los contactos de línea del motor y éste se parará.
7-6 Análisis del Circuito 5 En el circuito de la figura 7-5 vemos que la resistencia en serie con los conductores del motor parece indicar que se trata de un arrancador a tensión reducida por resistencia en el primario. Observando la sección de control del esquema tenemos lo que parece ser un circuito típico de tres hilos para excitar las bobinas 1CR y TR. Si apretamos el pulsador ARRANQUE, pasará la corriente a través del pulsador PARADA normalmente cerrado, del pulsador ARRANQUE y del contacto R2, y siendo excitadas las bobinas 1CR y TR. La excitación de la bobina 1CR hará que sus contactos se cierren. El 1CR1 está en paralelo con el pulsador ARRANQUE y realizará la función de mantener el circuito hasta la bobina. El contacto 1CR2 se cerrará y excitará a la bobina S. La excitación de esta bobina hará que se cierren los contactos de línea S y pase la corriente al motor a través de las resistencias serie. La presencia de resistencias en serie hará que la tensión aplicada al motor sea inferior a la nominal, reduciéndose de esta forma la intensidad de arranque a un valor aceptable. El motor pondrá en marcha a tensión reducida, y el relé temporizado no habrá cerrado aún su contacto TR. En el momento de cierre, se excitará la bobina 2CR ya que el contacto S1 está cerrado por la bobina S. La excitación de la bobina 2CR hará que se cierre el contacto 2CR1. Este contacto está en paralelo con el pulsador ARRANQUE y forma un circuito adicional para el mantenimiento de la bobina. El cierre del contacto 2CR2 hace que se excite la bobina R, cerrando los contactos de línea designados por R. Estos contactos están en paralelo con las resistencias y las cortocircuitan eliminándolas del circuito y aplicando la tensión de línea al motor, el cual acelerará hasta adquirir su velocidad de régimen quedando
Fig. 7-5 Análisis del circuito 5. Arrancador a tensión reducida mediante resistencias.
Control de motores eléctricos
Análisis de los circuitos de control
Evidentemente este circuito es para arrancador a tensión reducida, con resistencia en el primario. Nuevamente debemos señalar que ésta es sólo una de las muchas disposiciones de las bobinas y contactos que se puede emplear para obtener los mismos resultados. . Diferentes fabricantes emplearán variantes de un circuito análogo en el control de sus arrancadores, pero el principio fundamental de funcionamiento es el mismo en los circuitos destinados al arranque a tensión reducida y tiempo fijo.
unidades de sobrecarga deben ser de reposición manual a fin de que el operador pueda determinar la causa de la avería antes de poner nuevamente en marcha el motor. Este circuito de control proporcionará protección contra la sobrecarga y protección contra secuencia incompleta (Sec. 2-15).
Este circuito se podrá ampliar para obtener varios escalones de aceleración por la adición de más unidades de resistencia en serie con el motor, con un relé de control y un relé temporizado por cada escalón de aceleración. El arrancador estudiado es de dos escalones ya que provee dos etapas de aceleración, una a tensión reducida y la otra a tensión total de línea.
El esquema de la figura 7-6 es un circuito parcial que nos servirá de ejemplo de un circuito con enclavamientos, muy utilizado cuando el mal funcionamiento de alguna parte del equipo deba requerir la atención del operador antes de volver a poner en funcionamiento dicha parte. En el circuito de la figura 7-6 aparece un contacto representado en línea de trazos que representa a los componentes normales de control, tales como pulsadores ARRANQUE y PARADA, interruptores de límite a otros dispositivos que normalmente ponen en marcha y paran la máquina. El circuito corresponde sólo a los componentes de enclavamiento. Los contactos normalmente cerrados representados por PSl, 2 y 3 son interruptores de presión que sólo se abren cuando no se mantiene la presión en la parte correspondiente de la máquina o proceso. Las bobinas A, B y C son relés y están conectadas en paralelo con lámparas piloto.
El único ajuste crítico del circuito será el de relé temporizado TR, cuyo ajuste de tiempo será tal que el motor funcione a tensión reducida solamente durante el tiempo necesario para que acelere hasta alcanzar su máxima velocidad en condiciones de tensión reducida. El funcionamiento prolongado del motor a tensión reducida puede ser causa de recalentamiento y de deterioro de los devanados así como de los elementos de resistencia.
7-7 Análisis del Circuito 6
Este arrancador comprende un contactor de arranque S, que debe ser tripolar, y un contactor de funcionamiento R, que también debe ser tripolar. Además de los dos contactores, hay dos relés instantáneos y uno temporizado. El equipo se encontrará generalmente montado en una caja o cofret y sobre la puerta o tapa estarán los pulsadores ARRANQUE-PARADA, aunque también pueden estar instalados en otro lugar cercano o alejado del cofret. En esta fase de nuestro estudio de los controles y análisis de los circuitos de control, el lector debe considerar a un circuito desde el punto de vista de lo que ocurriría si se quemase una determinada bobina o un contacto dejase de abrir o cerrar, lo que siempre puede ocurrir. Por ejemplo, supongamos que el relé temporizado TR tuviera una bobina quemada ¿cuál sería el efecto en este circuito? El circuito funcionaría a través del contactor de arranque cerrado S, y el motor se excitaría en condiciones de tensión reducida. Si el contacto TR no se cierra, entonces el segundo relé de control no se puede excitar ni tampoco se puede excitar el contactor de funcionamiento. Así pues, el motor continuaría funcionando en condiciones de tensión reducida. En estas condiciones la corriente es tal que abrirá los contactos del relé de sobrecarga y se desexcitará la bobina 1CR, parándose el motor y volviendo a su condición normal. Estas
Fig. 7-6 Análisis del circuito 6. Circuito con enclavamiento
Control de motores eléctricos
Para iniciar la operación o funcionamiento de este equipo es necesario apretar el botón REPOSICIÓN, el cual cerrará los tres interruptores asociados y acoplados mecánicamente entre sí. Los tres relés se excitarán, cerrándose sus contactos normalmente abiertos. Los contactos A1, B1 y C1 se utilizan como contactos de mantenimiento de la bobina. Los A2, B2 y C2 permanecen en su posición cerrada mientras la acción de los interruptores de presión sea normal, haciendo así posible que los componentes normales de control exciten a la bobina M cuando se desee. Si la presión baja o sube, como puede ocurrir desde su valor normal en cualquiera de los tres sitios en que está situados los interruptores de presión, se abrirá uno de los contactos, normalmente cerrados. Por ejemplo, si se abre PS1, la bobina A se desexcitará, y se abrirá el contacto A2 parándose el motor. Al mismo tiempo, el contacto A1 se abrirá. Si la presión vuelve a ser normal en el interruptor 1, su contacto se cerrará pero la bobina A no se volverá a excitar a causa de que el circuito está interrumpido en el contacto A1. La lámpara piloto en paralelo con esta bobina se apagará indicando cuál de los circuitos protectores no está funcionando; de esta forma el operador sabrá que el interruptor de presión 1 ha sido la causa de paro del equipo. A fin de restaurar el funcionamiento normal de la máquina, la presión detectada por el interruptor 1 debe ser restaurada en su valor normal y a continuación apretar el pulsador REPOSICIÓN para excitar a la bobina A, con lo que se cierran sus contactos y se restablece el funcionamiento normal del circuito de control. Naturalmente, el mismo procedimiento será aplicable a los interruptores segundo y tercero y a los contactos asociados y las bobinas. Este tipo de circuito se aplica generalmente al equipo totalmente automático, en que la máquina o proceso debe iniciarse y detenerse por sí mismo bajo el control de los dispositivos piloto que detectan la condición o estado del proceso. Cuando las máquinas funcionan en estas condiciones, generalmente es conveniente disponer de algún medio para detener el proceso si se produce un mal funcionamiento y no volver a restaurarlo hasta que haya sido remediado el defecto.
Resumen Los circuitos precedentes y su análisis constituyen una base experimental para el análisis de los circuitos que son de uso normal en la industria. Aunque estos circuitos no representan en modo alguno todas las posibilidades que pueden presentarse en el control de motores, ni siquiera la mayor parte de ellas, el procedimiento y el método de analizar su funcionamiento, si ha sido correctamente entendido, puede ser aplicado a cualquiera de los circuitos de
Análisis de los circuitos de control
control y seguido hasta comprender completamente el funcionamiento del equipo y de los componentes de control a él asociados. El lector que desee trabajar provechosamente en equipos de control aplicará estos principios básicos a otros circuitos que estén a su disposición hasta que esté seguro de que puede interpretar y analizar los circuitos de todos los tipos con razonable rapidez. El riesgo de fracaso en el análisis de los circuitos radica en la tendencia que se tiene a deducir conclusiones apresuradas, es decir, creer que se sabe lo que hace el circuito y cómo funciona cuando sólo se han analizado parte de sus posibilidades. Si se aprende a estudiar un circuito contacto por contacto y bobina por bobina hasta que se ha seguido completamente su funcionamiento en su secuencia normal desde el principio hasta el fin, se evitarán muchos quebraderos de cabeza en el futuro. No incluimos preguntas de repaso al final de esta sección. El procedimiento que el lector debe seguir es obtener circuitos adicionales y practicar el análisis de ellos hasta alcanzar suficiente eficacia. Lo que distingue a un buen diagnosticador de averías y a uno malo estriba generalmente en la aptitud para analizar el circuito de control y determinar rápidamente cuál de los muchos componentes puede ser la causa del mal funcionamiento de la máquina que está tratando de corregir.
Simulación y Montajes prácticos. Ing. José Antonio Arce Flores, MSc. Profesor de Electrónica Industrial e Informática
Arranque directo de un motor trifásico Mando con interruptor on/off. L1 Leyenda: QM1- Interruptor magnetotérmico fuerza QM2- Interruptor magnetotérmico mando SA1- Interruptor KM1- Contactor M1- Motor N
Arranque directo de un motor trifásico Mando con Interruptor y Señalización óptica para marcha y paro. L1
N
Leyenda: QM1- Interruptor magnetotérmico fuerza QM2- Interruptor magnetotérmico mando SA1- Interruptor KM1- Contactor M1- Motor HL1- Lámpara Motor en marcha HL2- Lámpara Motor parado
Arranque directo de dos motores trifásicos con protección única magnetotérmica. Ejercicio Práctico de Demostración: Leyenda: QM1- Interruptor magnetotérmico fuerza KM1- Contactor 1 KM2- Contactor 2 M1- Motor 1 M2- Motor 2
Desarrolle un esquema de mando de ~110v/60Hz, con Interruptor y Señalización óptica para marcha y paro de cada motor. Nota: Solo un motor puede funcionar a la vez. Emplee señalización de diferentes colores.
N
Arranque directo de un motor trifásico Con protección por Relé Térmico. Mando Pulsadores de Paro/Marcha.
Esquema de fuerza (potencia)
Esquema de mando
Leyenda: QM1- Interruptor magnetotérmico fuerza QM2- Interruptor magnetotérmico mando SB1- Pulsador de parada SB2- Pulsador de marcha KM1- Contactor M1- Motor HL1- Lámpara motor en marcha. HL2- Lámpara relé térmico.
Arranque de 3 motores en cascada en el orden 1-2-3 Mando con pulsadores de marcha y parada. Parte 1 Leyenda: QM1- Interruptor magnetotérmico general. KM1- Contactor 1 KM2- Contactor 2 KM3- Contactor 3 FR1- Relé térmico M1 FR2- Relé térmico M2 FR3- Relé térmico M3 M1- Motor 1 M2- Motor 2 M3- Motor 3
Esquema de fuerza (potencia)
Arranque de 3 motores en cascada en el orden 1-2-3 Mando con pulsadores de marcha y parada. Leyenda:
Esquema de mando
QM2- I. Magnetotérmico circuito de mando KM1- Contactor 1 KM2- Contactor 2 KM3- Contactor 3 FR1- Relé térmico M1 FR2- Relé térmico M2 FR3- Relé térmico M3 SB1- Pulsador Parada SB2- Pulsador de marcha motor 1 SB3- Pulsador de marcha motor 2 SB4- Pulsador de marcha motor 3 HL1. Lámpara M1 HL2- Lámpara M2. HL3- Lámpara M3 HL4- Lámpara relé térmico.
Inversión del sentido de giro de un motor trifásico Mando con conmutador rotativo de 3 posiciones, I-0-II. Leyenda: QM1- Interruptor magnetotérmico general. QM2- I. Magnetotérmico circuito de mando KM1- Contactor Izquierda. KM2- Contactor Derecha. FR1- Relé térmico M1- Motor SA1- Conmutador rotativo de 3 posiciones. HL1. Lámpara Izq. HL2.- Lámpara Derecha. HL3- Lámpara relé térmico.
Esquema de fuerza (potencia)
Esquema de mando
Inversión del sentido de giro de un motor trifásico Mando por pulsadores de paro/marcha pasando por paro. Leyenda: QM1- Interruptor magnetotérmico general. QM2- I. Magnetotérmico circuito de mando KM1- Contactor Izq. KM2- Contactor Derecha. FR1- Relé térmico M1- Motor SB1- Pulsador de parada SB2- Pulsador de marcha Izq. SB3- Pulsador de marcha Derecha. HL1. Lámpara Izq. HL2.- Lámpara Derecha. HL3- Lámpara relé térmico.
Esquema de fuerza (potencia)
Esquema de mando
Inversión del sentido de giro de un motor trifásico Mando por pulsadores de paro/marcha pasando por paro. Parada con finales de carrera.
Esquema de fuerza (potencia)
Esquema de mando
Leyenda: QM1- Interruptor magnetotérmico general. QM2- I. Magnetotérmico circuito de mando KM1- Contactor Izq. KM2- Contactor Drcha. FR1- Relé térmico M1- Motor SB1- Pulsador de parada SB2- Pulsador de marcha Izq. SB3- Pulsador de marcha Drcha. SB4- Final de carrera Izq. SB5- Final de carrera Drha. HL1. Lámpara Izq. HL2.- Lámpara Drcha. HL3- Lámpara relé térmico.
Inversión del sentido de giro de un motor trifásico Mando por pulsadores de paro/marcha pasando por paro. Inversión automática con finales de carrera. Leyenda:
Esquema de fuerza (potencia)
Esquema de mando
QM1- Interruptor magnetotérmico general. QM2- I. Magnetotérmico circuito de mando KM1- Contactor Izq. KM2- Contactor Derecha. FR1- Relé térmico M1- Motor SB1- Pulsador de parada SB2- Pulsador de marcha Izq. SB3- Pulsador de marcha Derecha. SB4- Final de carrera Izq. SB5- Final de carrera Drha. HL1. Lámpara Izq. HL2.- Lámpara Derecha. HL3- Lámpara relé térmico.
Inversión del sentido de giro de un motor trifásico Mando por pulsadores de paro/marcha pasando por paro. Mando con interruptor. Inversión automática con temporizadores. Leyenda: QM1Interruptor magnetotérmico general. QM2- I. Magnetotérmico circuito de mando KM1- Contactor Izq. KM2- Contactor Drcha. FR1- Relé térmico M1- Motor SA1- Interruptor rotativo KT1- Temporizador Izq. KT2- Temporizador Drcha. HL1. Lámpara Izq. HL2.- Lámpara Drcha. HL3- Lámpara relé térmico.
Esquema de fuerza (potencia)
Esquema de mando
Inversión del sentido de giro de un motor trifásico Mando con pulsadores sin pasar por paro con inversión no instantánea. Leyenda: QM1- Interruptor magnetotérmico general. QM2- I. Magnetotérmico circuito de mando KM1- Contactor Izq. KM2- Contactor Drcha. FR1- Relé térmico M1- Motor SB1- Pulsador de parada SB2- Pulsador de marcha Izq. SB3- Pulsador de marcha Drcha. KA1- Contactor auxiliar 1 KA2.- Contactor auxiliar 2 KT1- Temporizador retardo Izq. KT2- Temporizador retardo Drcha. HL3- Lámpara relé térmico.
Esquema de fuerza (potencia)
Esquema de mando
Arranque directo de un motor trifásico Mando con telerruptor.
Esquema de fuerza (potencia)
Esquema de mando
Leyenda: QM1- Interruptor magnetotérmico general. QM2- I. Magnetotérmico circuito de mando KM1- Contactor FR1- Relé térmico M1- Motor SB1- Pulsador de marcha SB2- Pulsador de marcha SB3- Pulsador de marcha KL1- Telerruptor HL1. Lámpara motor HL2- Lámpara relé térmico.
Encendido de alumbrado público Mando con interruptor crepuscular y reloj horario con accionamiento manual.
Esquema de fuerza (potencia)
Esquema de mando
Leyenda: QF1- Interruptor diferencial QM1- Interruptor magnetotérmico general. QM2- I. Magnetotérmico línea 1 QM3- I. Magnetotérmico línea 2 QM4- I. Magnetotérmico circuito de mando KM1- Contactor línea 1 KM2- Contactor línea 2 SA1- Interruptor general SA2- Int. encendido manual línea 1 SA3.- Int. encendido manual línea 2 KT1- Reloj B1.- Célula fotoeléctrica
Arranque de un motor trifásico en Estrella/Triángulo Mando automático con accionamiento por pulsadores. Parte 1
Leyenda: QM1- Interruptor magnetotérmico KM1- Contactor principal KM2- Contactor Triángulo KM3- Contactor Estrella FR1- Relé térmico M1- Motor
Esquema de fuerza (potencia)
Arranque de un motor trifásico en Estrella/Triángulo Mando automático con accionamiento por pulsadores. Parte 2
Leyenda: SB1- Pulsador de parada SB2- Pulsdador de marcha KT1- Temporizador HL1- Señalización motor en marcha HL2- Señalización disparo relé térmico
Esquema de mando
Arranque de un motor trifásico en Estrella/Triángulo Mando manual con pulsadores. Parte 2 Esquema de mando Leyenda: SB1- Pulsador de parada SB2- Pulsador de marcha SB3- Pulsador estrella/triángulo HL1- Señalización motor en marcha HL2- Señalización disparo relé térmico Nota: El esquema de fuerza es el mismo de la diapositiva 16, Sustituya el esquema de mando anterior (diapositiva 17).
Arranque de un motor trifásico en Estrella/Triángulo Mando automático con accionamiento por pulsadores. Tipo B. Parte 2 Esquema de mando Leyenda: SB1- Pulsador de parada SB2- Pulsador de marcha KT1- Temporizador HL1- Señalización motor en marcha HL2- Señalización disparo relé térmico Nota: El esquema de fuerza es el mismo de la diapositiva 16, Sustituya el esquema de mando anterior (diapositiva 17).
Arranque de un motor trifásico con freno por inyección de corriente continua Mando automático por accionamiento de pulsadores. TIPO A.
Esquema de fuerza (potencia)
Esquema de mando
Arranque de un motor trifásico con freno por inyección de corriente continua Mando automático por accionamiento de pulsadores. TIPO B.
Esquema de fuerza (potencia)
Esquema de mando
Arranque de 2 motores monofásicos Inversión del sentido de giro del motor 2 monofásico. Mando con pulsadores.
Esquema de fuerza (potencia)
Esquema de mando
Leyenda: QM1- Interruptor magnetotérmico fuerza QM2Magnetotérmico mando KM1- Contactor bobinado principal KM2- Contactor bobinado auxiliar Izq. KM3- Contactor bobinado auxiliar Drcha. SB1- Pulsador de parada SB2- Marcha Izq. SB3- Marcha Dcha.
Arranque de un motor trifásico en Estrella/Triángulo Mando con detector de nivel de líquidos. Parte 1 Leyenda: QF1- Int. Diferencial QM1- Interruptor magnetotérmico fuerza QM2- Int. Magnetotémico mando KM1- Contactor principal KM2- Contactor Triángulo KM3- Contactor Estrella FR1- Relé térmico M1- Motor SB1- Pulsador de emergencia SA1- Interruptor rotativo de 3 posiciones (Manual - 0 Automático) KT1- Temporizador estrella triángulo KT2- Temporizador intermitente HL1- Señalización motor en marcha HL2- Señalización disparo relé térmico DEF- Detector Electrónico de Fusión B1- Detector de nivel de líquidos HL1- Motor en marcha HL2- Detector en marcha HL3- Lámpara de relé térmico HL4- Lámpara del DEF
Esquema de fuerza (potencia)
Arranque de un motor trifásico en Estrella/Triángulo Mando con detector de nivel de líquidos. Parte 2 Esquema de mando
Control de los motores de una GrúaTorre
Mando con pulsadores
Control de los motores de una GrúaTorre Mando con pulsadores. Parte 1
Esquema de fuerza (potencia)
Control de los motores de una GrúaTorre Mando con pulsadores. Parte 2
Esquema de mando
UASLP
Los LosTimers Timersen enlos losPLC’s PLC’s
Facultad de Ciencias
Carlos Canto
UASLP
Los Timers Los “timers” son dispositivos que cuentan incrementos de tiempo. Son usados, por ejemplo, con los semáforos para controlar el lapso de tiempo entre cambios de señales.
Facultad de Ciencias
Carlos Canto
UASLP
Relevador ON-DELAY Los “timers” usados en los PLC’s se pueden comparar con los circuitos de temporización electromecánicos. En el ejemplo mostrado, un interruptor normalmente abierto, S1, es usado con el timer TR1, que está ajustado para 5 segundos. TR1 es un temporizador ON delay, lo que significa que una vez que recibe una señal de habilitación, debe pasar una cantidad determinada de tiempo antes de que sus contactos puedan cambiar Cuando Cuandos1s1sesecierra cierra TR1 TR1empieza empiezasusu tiempo tiempo
S1
TR1
TR1
PL1
Facultad de Ciencias
Carlos Canto
UASLP
Relevador ON-DELAY Los “timers” usados en los PLC’s se pueden comparar con los circuitos de temporización electromecánicos. En el ejemplo mostrado, un interruptor normalmente abierto, S1, es usado con el timer TR1, que está ajustado para 5 segundos. TR1 es un temporizador ON delay, lo que significa que una vez que recibe una señal de habilitación, debe pasar una cantidad determinada de tiempo antes de que sus contactos puedan cambiar Cuando Cuandos1s1seseabre abre, , TR1 TR1sesedesenergiza desenergizay y seseabre abreelelcontacto contacto instántaneamente instántaneamente
S1
TR1
TR1 Facultad de Ciencias
PL1 Carlos Canto
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Ejemplo de Relevadores Temporizados Los relevadores de tiempo son usados en operaciones de conmutación que requieren retardo. Se muestra el aspecto de algunos relevadores de Siemens
Facultad de Ciencias
Carlos Canto
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Retardo de Tiempo Hay dos tipos de funciones en los relevadores con tiempo de retardo.
On delay (retardo al energizar) y Off delay (retardo al desenergizar).
On delay significa que una vez que un timer ha recibido un señal de
encendido, su salida cambiará de estado después de un retardo predeterminado. Off delay significa que cambiará de estado un tiempo predeterminado después de que el timer haya recibido la señal de apagar .
On- Delay Punta de flecha apuntando hacia arriba
Off- Delay Punta de flecha apuntando hacia abajo
Símbolos usados Facultad de Ciencias
Carlos Canto
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Relevador On-delay con contacto Normalmente Abierto (NA) con tiempo para cerrar Cuando S1 está abierto, TR1 está desenergizado y la lámpara estará apagada
Al Al cerrar cerrarS1 S1transcurren transcurren44 segs y el contacto segs y el contactoNA NAde de TR1 se cerrará TR1 se cerrará S1
Contacto NA de TR1
4 segundos
Facultad de Ciencias
Carlos Canto
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Relevador On-delay con contacto Normalmente Cerrados (NC) con tiempo para abrir Cuando S1 está abierto, TR1 está desenergizado y la lámpara estará prendida
Al Al cerrar cerrarS1 S1transcurren transcurren33 segs y el contacto segs y el contactoNC NCde de TR1 se abrirá TR1 se abrirá S1
Contacto NC de TR1
Facultad de Ciencias
3 segundos
Carlos Canto
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Relevador Off-delay con contacto Normalmente Cerrado (NC) con tiempo para cerrar (TC) Si S1 está cerrado TR1 está activado y la lámpara piloto está apagada
NC
Al Al abrir abrirS1 S1transcurren transcurren33 segs y el contacto segs y el contactoNC NCde de TR1 se cerrará TR1 se cerrará
S1
Contacto NC con TC (NC TC)
3 segundos Facultad de Ciencias
Carlos Canto
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Relevador Off-delay con contacto Normalmente Abierto (NA) con tiempo para abrir (TA) Si S1 está cerrado TR1 está activado y la lámpara piloto está prendida
Al Al abrir abrirS1 S1transcurren transcurren33 segs y el contacto segs y el contactoNA NAde de TR1 se abrirá TR1 se abrirá
S1
Contacto NA con TA (NA TA)
3 segundos
Facultad de Ciencias
Carlos Canto
UASLP
Contactos Instantáneos Los relevadores de tiempo también pueden incluir contactos instantáneos. Estos pueden ser normalmente abiertos (NA) y (NC) normalmente cerrado. El contacto TR1 instantáneo cerrará inmediatamente, ilumina PL1. Después de 5 segundos los contactos temporizados de TR1 se cerrarán, iluminando PL2
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Carlos Canto
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Temporizadores (TIMERS) Conceptualmente un Temporizador (TIMER) es un dispositivo electrónico utilizado para proveer señales de base de tiempo o para generar señales de acción retardada variable. Un Timer digital consiste de un contador decreciente en donde cada decremento en su conteo, será realizado a una frecuencia conocida (veces por segundo) y al llegar a cero se activa un relevador.
Preset
Lógica de arranque/preset
Reloj
clk
Si Conteo=0Æse activa relay Contador Contador Decreciente Decreciente
Relay Relay
Frecuencia fija y conocida
Diagrama de bloques de las componentes de un timer conceptual Facultad de Ciencias
Carlos Canto
UASLP
Descripción de la operación de un timer Lógica de arranque on off Timer
Paso de conteo de acuerdo a reloj
preset
Reloj Contacto NA de salida
preset
preset
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Programación de un timer en el Micro1 1
1
TIM 5 500
TIM 5 500
200
TIM5
200
a) general
b) Con ahorro de un peldaño Diagrama de escalera
LOD 1 TIM 5 500 LOD TIM5 OUT 200
LOD 1 TIM 5 500 OUT 200
Listado de instrucciones Facultad de Ciencias
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UASLP Cantidad de registros y sus direcciones de referencia en el Micro-1
Elemento de escalera
Rango permitido de registro
# de puntos
Entradas
0-7 para la unidad del procesador 10-17 cuando se usa u. de expansión
8 puntos 8 adicionales
salidas
200-206 para la unidad del procesador 210-215 cuando se usa u. de expansión
6 6 adicionales
Relevador interno
400-407 440-447 480-487 520-527 560-567
420-427 460-467 500-507 540-547 580-587
430-437 470-477 510-517 550-557 590-597
160 ( no retentivos configurables como retentivos)
Relevador interno especial
600-607 610-617 620-627 640-647 650-657 660-667 680-687 690-697 700-707
630-637 670-677 710-717
410-417 450-457 490-497 530-537 570-577
96
Timer
00-79
80
Contador
00-44
45
Contador reversible
45-46
2
Salida única
0-95
96
Bits de registro de corrimiento
0-127
128
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Carlos Canto
Ejemplos del uso de los Timers
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Ejemplo1: control de arranque de motores
Se requiere arrancar 3 motores en secuencia, de tal forma que: Al oprimir el botón de arranque, se prende el motor 1, 10 segundos después se prende ele motor 2,15 segundos después prende el motor 3. Al oprimir el botón de paro los 3 motores se apagan simultáneamente. start stop Motor1 Motor2
Motor3
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10 segs 15 segs
Carlos Canto
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Diagrama de Escalera y Listado de Instrucciones del Ejemplo1 LOD 0 OR 400 AND NOT 1 OUT 400 LOD 400 TIM5 100 LOD 400 OUT 200 LOD TIM5 TIM6 150 LOD TIM5 OUT 201 LOD TIM6 OUT 202 END
start stop
1
0
0
400
200
M1
TIM 5 100
201
M2
200
202
M3
400 1
400 400
TIM5
TIM 6 150
TIM5 201 TIM6 202
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Carlos Canto
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Mezclado de químicos Ejemplo2: Se desea llenar un tanque con dos químicos, los cuales son mezclados y drenados cuando se oprime el botón de arranque de la entrada 0 , que arranca la bomba 1, controlada por 200. Después de 5 segs., la cantidad apropiada del químico 1 ya ha sido bombeada, y la bomba se apaga. Entonces la bomba 2, controlada por 201, arranca por 3 segundos, agregando el químico 2 al tanque. Entonces arranca el motor de mezclado, usando 202, y mezcla los 2 químicos por 60 segs. Después la válvula (203) y bomba (204) de drenado se prenden por 8 segundos vaciando el tanque. Se tiene un interruptor de paro en la entrada 1 . Facultad de Ciencias
Control del proceso
Stop (1 ) Start (0 )
Bomba1
Bomba2
(200)
(201)
Químico 1
Químico 2
Motor mezcla dor (202)
Bomba3 (204)
Válvula de drenado
(203)
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start
stop
1
0
0
400
200
M1
201
M2
202
M3
400 1
400 400
TIM 5 50 TIM5 200
TIM5 TIM5
TIM6
TIM 6 30 201
TIM6 TIM6
203
204
SOL
M4
TIM 7 600 TIM7 202
TIM7 TIM7
TIM8
TIM8 80 203
TIM7
TIM8
Como Comoejercicio, ejercicio,dar darelel programa programaen enlistado listadode de instrucciones instrucciones
204
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Ejemplo de aplicación de los timers Un semáforo simple Implementar un programa para el Micro-1, que ponga en operación un semáforo con la secuencia simple, sin parpadeo mostrada en los diagramas de tiempo.
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Carlos Canto
UASLP
Ejemplo de aplicación de los timers Un semáforo simple Implementar un programa para el Micro-1, que ponga en operación un semáforo con la secuencia simple, sin parpadeo mostrada en los diagramas de tiempo.
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Ejemplo de aplicación de los timers Un semáforo simple Implementar un programa para el Micro-1, que ponga en operación un semáforo con la secuencia simple, sin parpadeo mostrada en los diagramas de tiempo.
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Aplicación de los timers un semáforo simple
30 SEGS
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Aplicación de los timers un semáforo simple 15 S
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Aplicación de los timers un semáforo simple
30 SEGS
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Carlos Canto
UASLP
Diagrama de tiempos de la secuencia del semáforo sencillo a implementar
30 SEGS
15 S
30 SEGS Facultad de Ciencias
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UASLP LOD 0 OR 400 AND NOT 1 OUT 400 LOD 400 AND NOT TIM3 TIM1 300 LOD 400 AND NOT TIM1 OUT 200 LOD TIM1 TIM2 150 LOD TIM1 AND NOT TIM2 OUT 201 LOD TIM2 TIM3 300 LOD TIM2 TIM3 300 LOD TIM2 AND NOT TIM3 OUT 202 END Facultad de Ciencias
Diagrama de Escalera L1
start
stop
L2
1 1
1
0
0 0
400 400 400
TIM3 TIM1
TIM1
TIM1
400 400
200 200
Lamp Lamp 1 1
TIM TIM11 300 300
201 201
Lamp Lamp 2 2
200 200
202 202
Lamp Lamp 3 3
TIM 2 TIM 2 150 150 TIM2 201 201
TIM2
TIM2
TIM 3 TIM 3 300 300 TIM3 202 202
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UASLP
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Carlos Canto
UASLP
Diagrama de tiempos de la secuencia del semáforo con parpadeo de la luz verde start 5S
30 SEGS
15 S
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L1
start
LOD 0 OR 400 AND NOT 1 OUT 400 LOD 400 AND NOT TIM3 TIM1 300 LOD 715 AND NOT TIM4 OR NOT TIM1 AND 400 OUT 200 LOD 400 AND NOT TIM3 TIM 4 350 LOD TIM4
stop
TIM2 150 LOD TIM4 AND NOT TIM2 OUT 201 LOD TIM2 TIM3 300 LOD TIM2 AN NOT TIM3 OUT 202 END
Diagrama de Escalera 0
00 11
1
400 400
TIM3
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400 400
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Lamp Lamp 1 1
TIM TIM11 300 300
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Lamp Lamp 2 2
202 202
Lamp Lamp 3 3
400 200 200
TIM1 400
TIM3
TIM4 TIM4
TIM2
TIM TIM44 350 350 TIM TIM22 150 150 201 201
TIM2 TIM2
TIM3
TIM 3 TIM 3 300 300 202 202
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Trabajo instalaciones industriales Nombre: Francisco Jurado Carrera: Ingeniería Electrónica 1. Se dispone de tres contactores principales, pulsantes de marcha paro, dos relés de tiempo y un contactor auxiliar para realizar el ciclo de funcionamiento manual de tres motores con las siguientes condiciones: a.) M1 comienza el ciclo de trabajo b.) M2 se activa con P2 solo si M1 está activado y han transcurrido por lo menos 5 minutos de que se activo M1. c.) M3 se activa con P3 sólo si M2 está funcionando y M1 no Funciona. d.) P4 desactiva M2 y M3 si M2 ha funcionado al menos 10 minutos. e.) P5 desactiva todo el circuito siempre que M1, M2 y M3 esté funcionando. f.) Usar P1 y P6 como pulsantes auxiliares. Para el diseño se puede usar cualquier tipo de relés de tiempo cuidando de la operación de la bobina de los mismos. Circuito de Control
Circuito de Fuerza
1
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2. Hacer el diagrama de control y de fuerza de un compresor de 30 HP y una bomba de lubricación de ½ HP. El equipo puede funcionar en automático –OFF- manual. a.) En modo automático el compresor funciona 15 segundos después que se ha energizado la bomba. Si por sobrecarga de la bomba opera el relé térmico, se apaga el compresor y bomba y una luz piloto indica “Falla de Bomba”. b.) El compresor y bomba se apaga y enciende igual que lo descrito anteriormente, cada vez que un reóstato detecta 150 lb/in respectivamente. c.) En modo manual el compresor está condicionado al funcionamiento de la bomba, la cual es independiente de la operación del reóstato. d.) El compresor opera al igual que en el modo AUTOMATICO por acción del reóstato y siempre y cuando esté funcionando la bomba. Tanto en AUTO y en MAN, si hay sobrecarga en el compresor, éste se apaga junto con la bomba y un piloto señaliza “Falla de Compresor”. Circuito de Control
2
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Circuito de Fuerza
3. Diseñar los circuitos de control y fuerza de un arrancador estrella triangulo con inversión de giro, utilizando pulsantes y cualquiera de los relés de tiempo estudiados. El contactor de conexión estrella debe conectar antes de cualquier contactor de línea seleccionado. Circuito de Control
3
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Circuito de Fuerza
4. Diseñar los circuitos de control y fuerza de un arrancador estrella triangulo con inversión de giro, mediante pulsadores de mando. Siempre que se desee volver a arrancar el motor en sentido contrario al que estuvo funcionando, deberá esperarse al menos 10 segundos después de los que se apago. El contactor de la conexión estrella deberá conectar antes de cualquier contactor de línea seleccionado. Circuito de Control
4
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Circuito de Fuerza
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5. Diseñar el circuito de control y fuerza de un arrancador estrella triangulo con inversión de giro, utilizando un selector para inversión de giro, utilizando un selector para inversión de giro y un pulsador de arranque. Cuando se desee volver arrancar el motor en sentido contrario al que estuvo funcionando, deberá esperarse al menos 10 segundos después de los que se apago. El contactor de la conexión estrella deberá conectar antes de cualquier contactor de la línea seleccionado. Circuito de Control
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Circuito de Fuerza
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6. Diseñar los circuitos de control para que un motor trifásico trabaje en la siguiente forma: a.) El motor puede arrancar en cualquier sentido de giro con un sistema Y - ∆. b.) Una vez que arranco y luego de haber funcionado durante 5 minutos en régimen permanente el motor se desactiva. c.) Para volver a funcionar el cualquiera de los sentidos deben transcurrir POR LO MENOS 10 segundos. Circuito de Control
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Circuito de Fuerza
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RECOPILACIÓN Y EJEMPLOS
CAÍPTULO APÍTULO
101
En este capítulo... Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10–2 Que es memoria V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11–2 Familiarización con DirectSOFT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11–4 Conexión al PLC con DirectSOFT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11–5 Crear o modificar un programa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11-6 Ejercicios para el nuevo programador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11-13 Resumen de las particularidades de los PLCs DirectLOGIC . . . . . .11-15 Programación de entradas y salidas análogas con PLCs DL . . . . . .11-15 Una palabra sobre números negativos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11-16 Una palabra sobre programación de PID . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11-17 El PLC DL06 puede tener E/S remotas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11-17 Concepto de una instalación controlada por PLC’s . . . . . . . . . . .11–18 Ejemplo 1: Triturador de minerales con E/S discretas . . . . . . . . . .11-21 Ejemplo 2: Uso de contadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11-50 Ejemplo 3: Uso de comparación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11-50 Ejemplo 4: Uso de una interface de operador . . . . . . . . . . . . . . . .11-51 Ejemplo 5: Uso de E/S análogas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11-53 Ejemplo 6: Uso de comunicaciones seriales . . . . . . . . . . . . . . . . .11-55 Ejemplo 7: Uso de lazo de control PID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11-58
Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
1 Introducción al capítulo 11 En este capitulo revisaremos todos los conceptos de los otros capítulos. Este capítulo no existe en el manual en inglés. Una vez que se hayan repasados conceptos generales, que también se aplican 2 a otras familias de PLCs DirectLOGIC, mostraremos una selección de ejemplos explicados para ayudar a entender la técnica de programación a los nuevos programadores. 3 Puesto que usted está leyendo este capítulo, debe significar que ha leído el resto del libro y ahora usted tiene cierta experiencia con la programación de PLCs. Pero, puede ser que no haya sido nuestro PLC con el cual usted haya trabajado. Hay algunas cosas sobre PLCs DirectLOGIC que 4 son diferentes que otros PLCs, y este capítulo puede ayudarle a entender nuestra orientación. Puede ser también que haya repeticiones de conceptos. 5 Que es memoria V La memoria V en los PLCs DirectLOGIC son los registros, o palabras de 16 bits para todas 6 nuestras familias de PLCs (excepto el 330/340 PLCs). Estos registros son referidos como dirección de sistema octal, es decir, no hay 8’s o 9’s. Por ejemplo, si usted trata de entrar la 7 dirección de memoria V2019, usted tendrá un error. Muchas direcciones de memoria V se pueden acceder también en los bits individuales de los 8 cuales la palabra está constituida. El PLC DL06 puede utilizar lo que se llama bit-of-word, tal cual como las CPUs D0-05, D2-250-1, D2-260 o la D4-450. Esto significa que usted puede especificar el bit de una palabra particular para un dispositivo booleano, como un contacto 9 normalmente abierto. De modo que el primer bit de V2000 sería mostrado como B2000.0. Nota: El bit en la palabra no es octal, así que las opciones son B2000.0 hasta B2000.15. También, al entrar 11 bit-of-word usted realmente entra V2000.0 y cuando usted presiona ENTER el código cambia a B2000.0, de modo que usted pueda decir que es una dirección de bit-of -word. 11 La configuración del PLC es hecha de preferencia con el programa DirectSOFT. Existe la posibilidad de bajar el programa desde nuestro sitio de Internet en forma gratuita, para efectos 12 de demostración y éste trabaja normalmente con la única limitación de que sólo se puede programar hasta 100 palabras. El manual de DirectSOFT está incluido en el “folder” o carpeta 13 HELP del programa de demostración y se encuentra cuando ya se haya instalado el programa. ¡Las instrucciones por defecto en los PLCs DirectLOGIC usan números BCD! El apéndice J 14 detalla más sobre el sistema numérico BCD. El concepto a recordar aquí es que usted debe usar instrucciones matemáticas que correspondan A a sus datos. Ocurre frecuentemente que se tiene una instrucción LD, luego una operación matemática, y luego una instrucción OUT en otra dirección de memoria V. Muchos clientes B llaman a apoyo técnico quejándose de que el resultado que están consiguiendo es el mismo número que fue cargado con LD originalmente. Esto es generalmente debido a que uno o más C de sus números están en el formato incorrecto para la instrucción usada. En DirectSOFT la manera más rápida de determinar en qué formato están datos específicos de las direcciones de memoria V es abrir una ventana de Data View y ver el mismo dato en varios formatos hasta que D 11-2
Manual del PLC DL06, 2a. edición en español, 6/07
Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
usted encuentra el correcto. Cualquier número que no sea una configuración de bits legítima en BCD será tratado como hexadecimal por el PLC para propósito de exhibición en el formato BCD/Hexadecimal. Tenemos detallado más adelante un ejemplo para ver los datos en Data View en DirectSOFT en los varios formatos disponibles. Usted puede entrar la misma dirección de memoria V en varias líneas en Data View y cambiar cada uno a un formato diferente. Éste es un método excelente para entender las diferencias entre formatos. Los temporizadores y contadores en el PLC DL06 ven el tiempo y cuentan en formato BCD. El valor de referencia (Set point, en inglés) de PID, la variable de proceso y la salida son todos los números binarios/decimales. Muchas direcciones de memoria V son direcciones dedicadas del sistema que no pueden ser cambiadas por código y tienen funciones especiales, como por ejemplo, hora y fecha. Un listado de estas direcciones de memoria comienza en la página 3-30 del manual. Bits X (entradas) Los bits X corresponden a las entradas físicas en los módulos del PLC. Las entradas análogas pueden usar bits X para obtener datos traducidos a las direcciones de memoria V, dependiendo del tipo de PLC. Los bits X pueden también ser vistos o manipulados como palabras. Vea la página 3-32 del manual y las tablas de bits de X y de Y. Note que a la derecha de X0-X17 dice V40400. V40400 se compone de los bits de entradas X0-X17. Y también observe que estos bits son OCTALES, que no hay allí ningún ocho o nueve. Bits Y (salidas) Los bits Y corresponden a las salidas físicas en los módulos del PLC. Éstos son iguales que los bits de X, excepto que la referencia de la dirección de memoria V comienza en V40500. Bits C (relevadores de control) Los relevadores de control son los que utiliza el programador para los relevadores internos en sus programas. Este PLC tiene 1024 de éstos, lo que es más que suficiente para muchas de las aplicaciones. Vea la página 4-35 del manual. Aquí vemos la dirección para los bits C, notamos que son referidos en formato octal y que pueden también ser referidos por la dirección de memoria V comenzando con V40600. Esta funcionalidad es muy útil para muchas de nuestras interfaces de operador que escriben a datos a nivel de bits a las direcciones de palabra. Bits SP (Estado) Todos nuestros PLCs, (excepto D3-330/340), comparten un sistema bastante estándar de bits de estado. Éstos tienen funciones que se extienden desde un bit siempre ON (SP1) a bits de estado para los puertos de comunicación de PLCs (SP112). Hay una lista de estos relevadores de propósitos especiales en el apéndice D de este manual. Bits Tx y CTx Estos bits son contactos de se activan cuando los temporizadores y los contadores llegan al valor de actuación o valor predefinido. Tienen la misma definición que la instrucción de que se está manejando.
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Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
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Alimentación de energía Le recomendamos que utilice una protección de sobretensión para el funcionamiento de la computadora con DirectSOFT5. Un protector de sobretensión protegerá su computadora contra la mayoría de las sobretensiones. Sin embargo una fuente de alimentación continua (UPS) proporcionará la mejor protección. Una UPS proporciona aislación completa entre la fuente de corriente alterna y la computadora y tiene reserva de batería para las condiciones de falta de energía y de baja tensión.
Familiarización con DirectSOFT
11-4
El software de programación DirectSOFT5 funciona con el sistema de operación Windows 2000, XP y Vista y se usa para configurar el PLC DL06. Tome un momento para estudiar el manual de referencia de DirectSOFT. Verifique los requisitos al elegir su configuración de PC. Una vez que esté instalado el software de programación DirectSOFT en su computadora, usted deseará comenzar a usarlo. Le recomendamos leer el manual del programa, que está como archivo en formato pdf dentro del folder HELP en DirectSOFT. Antes de comenzar a hacer o corregir un programa, usted necesita abrir DirectSOFT. Haga clic en Start (INICIAR) en la esquina más baja a la izquierda del monitor de la computadora. Luego vaya a Programs, coloque el cursor en DirectSOFT5, luego haga clic en DSLaunch (con la figura de un cohete) en el submenú. Aparecerá la siguiente ventana de DSLaunch. De esta ventana, se pueden partir utilidades adicionales, por ejemplo, CTRIO WB, ERM Workbench, etc., a partir de un lugar central. Este mismo lugar se utiliza para crear y para manejar programas del PLC y las comunicaciones entre su computadora personal y el PLC. Note las diversas áreas en la ventana de la figura adyacente. Applications Éstas son las aplicaciones instaladas actualmente en DirectSOFT. Son visibles en el menú bajo la carpeta (folder) o icono Applications y se conectan a las aplicaciones que se han diseñado para iniciarse desde DirectSOFT. Por ejemplo, para crear un nuevo programa haga clic doble en DirectSOFT programming. Utililities Hay varias utilidades disponibles bajo el folder/carpeta Utilities. Algunas se pueden comprar en AutomationDirect,
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Capítulo 11: Recopilación y ejemplos por ejemplo, KEPDirect. Otras utilidades vendrán con el software de programación DirectSOFT. Estas utilidades son ERM Workbench, CTRIO Workbench y NetEdit3. Projects Se crean proyectos en DirectSOFT. Un proyecto (también llamado un documento) es el nombre colectivo para su programa y toda su documentación Cuando usted crea un nuevo proyecto, o trabaja en un proyecto existente, usted verá una enumeración en el menú bajo el folder/ícono Projects por nombre. Los documentos se enumeran en el orden "más recientemente usados". Comm Links Los "enlaces" o links sirven para establecer parámetros para los puentes de comunicaciones entre su PC y uno o más PLCs. Los enlaces no son solamente para los programas de control. Realmente son puentes de comunicaciones (es decir, el enlace entre la computadora y la impresora). Cualquier aplicación puede usar el enlace. Cuando usted crea enlaces, aparecerán en el menú bajo el folder o ícono Comm links (enlaces de comunicación).
.
Conexión al PLC desde una computadora con DirectSOFT. Normalmente Ud. se conectará a una computadora con DirectSOFT con un cable serial D2-DSCBL, conectado al puerto 1 del PLC. (Puede ser hecho también a través de Ethernet). El switch de selección de modo en el PLC debe estar en TERM. Para poder establecer la comunicación debe usar el Link Wizard, que se activa desde el diálogo DS Launch, haciendo clic en el archivo COMM LINKS, como se muestra en la figura adyacente. Al hacer esto, aparece un pequeño mensaje que dice ADD LINK (que significa Agregue una conexión). Haga clic nuevamente sobre él y aparecerá el diálogo de la figura adyacente. Esto le permite seleccionar el puerto de comunicación de la computadora. Normalmente es COM1. Luego de seleccionarlo, haga clic en NEXT>. Si usa un adaptador de USB, puede ser que obtenga otro puerto en la computadora. Vea que es necesario hacer, en ese caso, en el manual del programa DirectSOFT. Luego viene otro cuadro de diálogo, que le permite seleccionar la familia del PLC. Seleccione el grupo de familias DL 0/1/2 4/350 only y luego haga clic en NEXT>.
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Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
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Aparecerá el próximo cuadro de diálogo que le permite seleccionar el protocolo y la dirección del nodo. Seleccione K-sequence en este caso. Use el nodo 1 que es el valor por defecto y luego haga clic en NEXT>. Esto hará que la computadora encuentre el PLC. Si hay errores, la computadora le informará sobre eso. Vea más detalles en el manual de DirectSOFT. Normalmente no hay ningún problema de conexión. Por último, coloque un nombre al enlace como se muestra en la figura adyacente. Cada enlace debe tener un nombre único. Puede tener hasta 16 caracteres. Haga clic en el botón FINISH para volver a la ventana de DSLaunch. Es creado un archivo con el nombre que Ud. asignó, y queda debajo de la carpeta Comm Link.
Nombre Descripción
Al lado izquierdo del archivo aparece una luz, que puede ser verde, amarilla o roja. Si está verde, el enlace está activo.
Comenzar a crear o modificar un programa Los pasos siguientes le mostrarán los pasos básicos para modificar programas con DirectSOFT. Esto le dará los fundamentos para comenzar a usar de modo que usted pueda modificar un programa.
Paso 1: Entre en el modo Program Para comenzar el programa DirectSOFT, haga clic en el icono DSLaunch5; aparece un diálogo cuya parte izquierda muestra una lista de carpetas; Para comenzar un nuevo programa (proyecto), haga clic doble en DirectSOFT Programming , situado en la carpeta Applications del menú.
Paso 2: Comience un nuevo proyecto Usted debe ahora ver la ventana New Project. Usted puede nombrar un proyecto usando cualquier combinación de 15 caracteres (incluyendo espacios). "EJEMPLO 1" es el nombre del proyecto a ser usado para este ejemplo. Mueva la barra de selección a la PLC Family (familia del PLC) y al CPU Type (tipo de CPU). Haga clic en OK después de usted ha hecho sus selecciones de familia y tipo. Para este ejemplo, use el grupo de PLCs que pertenece a las familias DL05/06/105/DL205/DL405. Tenga presente
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Nombre del proyecto por ejemplo digite “Ejemplo 1”
Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
que las mnemónicas disponibles, las reglas de proceso e incluso las características de la barra de la herramienta se adaptan a la selección de familia y tipo que usted hizo. Después de hacer clic en OK para entrar el nombre del proyecto, usted verá los renglones de lógica ladder listos para ser modificados, tal como en la figura de abajo.
Botón Edit mode Campo del código ladder vacío Botón Accept (grisáseo en esta figura)
Ladder Palette
Éste es solamente el modo de leer en este punto (pero no modificar). En este modo, el cursor se presenta siempre vacío y no se puede hacer programación. Solamente se puede observar un proyecto. Si usted es programador "con experiencia", puede ser que no le guste la forma de presentación. Esto sería un buen momento para seleccionar las opciones de colores. Por favor, vea al manual de usuario de programación del software DirectSOFT, para configurar el aspecto de la ventana de programación.
Paso 3: Vaya al modo EDIT El modo de modificación o Edit Mode se utiliza para escribir el programa de control. Usted tiene la opción de entrar el modo de modificar el programa de tres maneras, siendo lo más común hacer clic en el botón Edit Mode en la barra superior de herramientas. Será un botón con letras rojas y fondo transparente. Otra manera de cambiar el modo de modificación es hacer clic en la barra de menú superior en EDIT y luego seleccione Edit Mode. La última manera de entrar en el modo de corrección es apretar las teclas Ctrl + E (presione las teclas control y E simultáneamente).
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Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
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DirectSOFT indicará el modo de modificación activo (Edit mode) cuando la caja del cursor se convierte en sólida y el botón Edit Mode se hace blanco. La herramienta LADDER PALETTE también aparecerá en la parte lateral de la ventana de programación, la cual muestra símbolos de programación, tal como un contacto normalmente abierto.
Paso 4: Usando la Ladder Palette para entrar el primer elemento en el renglón La Ladder Palette puede ser muy útil, especialmente al comienzo mientras aprende a usar el programa ladder con DirectSOFT. Más adelante, usted puede preferir utilizar las teclas especiales (Hot Keys). Estas se muestran en cada botón de símbolos y aparecen siempre cuando el cursor está en el botón de símbolos (por ejemplo, F3 coloca un contacto normalmente cerrado). Vea el manual de usuario de programación del software DirectSOFT para más detalles. Use la Ladder Pallete para incorporar la primera instrucción del programa. Primero, mueva el cursor a la localización deseada para el primer elemento. Esto se hace con el mouse o con las flechas en el teclado hacia arriba y hacia abajo. Al usar el mouse, coloque simplemente la flecha del mouse en el punto donde usted quiera que el elemento sea puesto y haga clic el botón de mouse izquierdo. En este ejemplo, será colocado un contacto normalmente abierto en la primera posición respecto al renglón 1. Coloque el cursor al principio del renglón y haga clic en el símbolo “contacto normalmente abierto” en la Ladder Pallete.
Paso 5: Entrando entradas del tipo X Usted verá que el cursor cambia a una caja de diálogo con un contacto abierto, una ventana con el cursor de texto que centellea en la dirección C0 (destacada) y un indicador verde. Si el punto verde del elemento cambia al rojo, significa que la dirección es incorrecta, inválida o un carácter incorrecto. Por ejemplo, si usted teclea la letra O en vez del dígito 0, el indicador se torna rojo y permanecería rojo hasta que usted corrija su error. Entre X0 mientras CO está destacado. Después de que haya entrado la dirección y el indicador de error es verde, haga clic en la marca de verificación (√ ) o presione la tecla ENTER. Se ha entrado la instrucción y el cursor se ha movido a la posición siguiente de entrada. Note la barra vertical amarilla que aparece al lado del renglón. Puede ser que éste no sea un manual en colores, pero se ve una barra vertical coloreada en el ejemplo de la pantalla. La barra amarilla indica que se ha entrado una instrucción o instrucciones, pero que el programa no se ha aceptado (compilado) de modo que usted pueda salvar el programa revisado al disco duro. Los renglones que se han aceptado ya en memoria compilada tendrán una barra verde en lugar de amarilla. Sin la compilación, usted no verá los iconos para Save to Disk (Salvar al disco duro) o Save to PLC (Salve al PLC).
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Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
Esto significa que para salvar su programa en el disco o en el PLC, usted tendrá que compilar el programa apretando ACCEPT primero. Por ejemplo, si usted desea parar de trabajar DirectSOFT ahora, usted primero debería compilar todos los renglones
Paso 6: Entrando salidas del tipo Y Después, mueva el cursor al extremo del renglón, usando las teclas CTRL + la flecha -> del teclado, sobre la instrucción NOP. Haga clic en el botón BROWSE Coils (Navegar las bobinas) en Tool Palette. El instruction browser aparecerá con la bobina estándar seleccionada por defecto. Haga clic en OK para entrar una bobina estándar.
X0
Paso 7: Cuadro de diálogo de entrada del elemento El navegador de instrucciones será substituido por la caja de la entrada del elemento. Note que la instrucción se llama OUT. Esta es la bobina OUT (Hay otra instrucción OUT, que es de caja). La dirección por defecto, C0, estará destacada. Teclee Y0 > Enter. Cuando la dirección es entrada correctamente, el indicador de error estará verde. Si quiere agregar otro contacto en paralelo con el primero, apriete la tecla Enter y se abrirá un espacio debajo de este renglón. Allí Ud. puede colocar otro contacto, como X2, de la misma forma. Luego cierre el circuito usando las teclas CTRL + flecha para arriba simultáneamente. Acaba de programarse el renglón 1. Ud. puede programar cuantos reglones sean necesarios para su programa. Apriete el botón Accept. De la misma forma se programan instrucciones caja, tales como LD o MUL u otras. Digamos que quiere ahora entrar una comparación de un valor en V2000 con una constante en el renglón 2. Ud. va colocar el cursor en el segundo renglón y hacer un clic en la Ladder Palette, en el símbolo de menor que ( -|Tech support>Example programs> documento EP-MISC-012. Esta área es una buena fuente para obtener ejemplos. • Escriba la lógica para hacer que un botón de entrada encienda una salida cuando se aprieta una vez y luego apague la salida cuando se apriete nuevamente. Esto es el circuito flip flop. Asegúrese de que sean eliminados los rebotes del contacto de modo que al apretar el botón no haga que el circuito complete un ciclo. Usted talvez quiera usar la bobina PD (One shot) y contactos diferenciales (o un pulso en la transición de OFF para ON o “one shot”).
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Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
• Escriba el código para hacer que la instrucción Shift register (SR) cambie la posición de un bit repetidamente desde C0 hasta C16. Utilice el relevador especial SP4 (con ciclos de 1 segundo) para producir el cambio. Cada vez que un bit se cambia en C16, C0 debe activarse otra vez. Éste es un método de generar un circuito que completa un ciclo, útil para renglones de lógica de comunicaciones y otras características. • Escriba la lógica usando un contador que vuelva a cero cada 16 conteos. Use el relevador especial SP4. Esta lógica se puede también usar como un circuito que completa un ciclo. Algunos clientes prefieren el SR y algunos prefieren contadores.
Resumen de las particularidades de las familias de PLCs DirectLOGIC • Las instrucciones aritméticas por defecto son BCD, y hay instrucciones que pueden modificar el número para otros formatos, tales como binario o real. • Las funciones aritméticas trabajan con el acumulador de modo que usted tiene que cargar un valor en el acumulador antes de que usted pueda realizar una operación en ella en un bloque de aritmética. El resultado residirá en el acumulador, de modo que debe mover el resultado a una dirección de memoria con una instrucción OUT. • Los valores prefijados de temporizadores y contadores deben tener el formato BCD. Además, los valores actuales de temporizadores y contadores están en formato BCD (incluso las constantes). • Los temporizadores TMRA y contadores UDC toman (2) palabras consecutivas cada uno, de modo que si usted tiene un TMRA T0 usted no puede tener un T1. • Las instrucciones DRUM (TAMBOR) toman cuatro direcciones consecutivas de contadores. • Las instrucciones de temporizadores, contadores y tambores no se deberían usarse en lógica de subrutinas o de etapas. Su comportamiento puede ser comprometido por estar localizado en etapas o subrutinas. • Las asignaciones de entradas y salidas en todos los PLCs (excepto la familia 305) serán asignadas de izquierda a derecha por el tipo de módulo. De modo no hay diferencia en la asignación para 2 módulos de entradas y luego 2 módulos de salidas versus entradas-salidasentradas-salidas. Por esta razón se recomienda NO dejar ranuras vacías a la izquierda de cualquier módulo de entradas y salidas, ya que al agregar un módulo del mismo tipo a la izquierda de un módulo cambiará las asignaciones de entradas y salidas de todos los módulos que vienen a continuación. • Los módulos análogos tendrán asignadas X e Y incluso si se programan usando el método del puntero.
Programación de entradas y salidas análogas con PLCs DirectLOGIC Ahora usaremos entradas y salidas análogas. Obtenga un módulo de entradas y de salidas de voltaje tal como el F0-2AD2DA-2. Éste es más fácil de usar para conectar uno al otro puesto que los módulos de voltaje no tienen tipo de salidas surtidoras/drenadoras. Usted no podría conectar una señal no aislada de 4-20 mA con una entrada de 4-20 mA en nuestros PLCs a menos que fuera un módulo aislado como algunos de nuestros módulos 4-20 mA. Esto puede también ser un problema al conectar con otros dispositivos, y nuestros clientes tienen con
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Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
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frecuencia este problema. La mayoría de nuestros módulos análogos requieren que se alimente 24VCC a dos terminales en el módulo. También, cada módulo de señales análogas debe ser configurado por ladder. Hay dos tipos de configuración para los módulos análogos en nuestros PLC’s DL06; con IBOX y con el método del puntero. La instrucción IBOx es la más fácil. También, el PLC DL06 usa el método del puntero. ¡El método del puntero también es fácil! Los módulos análogos reciben una asignación de bits X o Y de la misma forma que son hechos en los módulos discretos. Vea el manual de módulos análogos D0-OPTIONS-M-SP para más información. En el método del puntero, la programación es simple. Usted programa un solo renglón para cada módulo. Este renglón contiene la información que le dice al PLC cuántos canales usted desea, donde usted desea los datos localizados y en qué formato usted desea los datos. Una advertencia es que los números de la ranura comienzan en 1 y 1 es la ranura más a la izquierda en el PLC, mirando el PLC por la frente (en el PLC DL06; esto no es válido para PLCs de otras familias). Obviamente, si se selecciona la dirección dedicada incorrecta porque se tiene el módulo en una ranura diferente, las entradas no trabajarán.
Una palabra sobre números negativos
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¡No hay números negativos en BCD! En BCD los números negativos son representados generalmente activando el bit más significativo de los 16 bits para ese canal. Esto tiene el efecto de sumar una constante 8000 al número. De modo que 8035 es el negativo 35. En números decimales (o binarios, como se define en el manual), los números negativos se indican con el complemento de 2, que es el número está invertido (todo los 1s cambian a ceros, a todos los ceros cambian a 1s) y luego se suma un valor binario de 1. Esta conversión es también necesaria si usted desea exhibir un número negativo en un panel táctil (o touch screen). Sepa que la función PID considera números negativos como magnitud más signo. En magnitud más signo, el bit más significativo de la palabra decimal que está encendido indica un número negativo. El rango es entonces -32767 a 32767. Entonces, aquí están sus tareas sobre módulos análogos: • Conecte un canal de salida de su módulo de salida de voltaje con un canal de entrada de su módulo de entradas de voltaje. Escriba un programa que permite que todos los canales en ambos módulos tengan los datos del BCD. • Vaya a Data View en DirectSOFT y envíe los datos al canal de la salida que usted ha conectado al canal de entrada y observe los datos recibidos para ese módulo en Data View. • Abra el circuito del canal o lleve la señal fuera del rango y observe el resultado.
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Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
Una palabra sobre programación de PID ¿Qué hace el control PID ? Aprenda sobre control PID en el capitulo 8 de este manual. No hay programación de PID en nuestros PLCs, ya que realmente no hay una instrucción lógica para el PID. En nuestros PLCs el PID es una función que está activada o desactivada. Usted puede enviarle datos de lógica y puede también activar el o los lazos con la programación. Aquí están los principales asuntos para el PID: • No se olvide de entrar un valor máximo de salida diferente de cero, que es el valor por defecto; si usted no lo hace, el PID parecerá que está trabajando, pero la salida nunca cambiará. • No cambie los bits de cambio de modo manual/auto/cascade permanentemente. Estos bits necesitan ser encendidos con un pulso one shot. El código activa básicamente el bit SET y después el PLC cambia modo y resetea el bit. • El lazo PID necesita que la variable de referencia (Set point) y de proceso estén en formato binario o decimal (magnitud más signo si es negativa). La salida PID está también en decimal. Cerciórese de que su código análogo esté instalado como decimal o agregue el código convertido desde BCD a decimal antes de enviar al PID. • El modo bumpless 1 cambiará el SP para hacerlo igual al PV al cambiar al modo de funcionamiento. Esto incomoda a clientes que no están escribiendo permanentemente a su registro de SP. Usted puede desactivar esto seleccionando el modo bumpless 2. • Bias Freeze le dice al PID que pare de calcular un bias adicional si la salida está en el máximo o el mínimo (Esto debería estar activado por defecto). Y los clientes con lazos de control PID con una rampa de larga duración necesitan activar esto para estar en el lado seguro. • Cada lazo PID necesita tener un valor especifico de ganancia (GAIN) diferente de cero o de otra forma nunca funcionará. La ganancia debe se ajustada durante la sintonización (tuning) junto con el valor de Reset y de Rate. • Vea un ejemplo de PID en el ejemplo 7 de este capítulo.
El PLC DL06 puede tener entradas y salidas remotas El PLC DL06 tiene dos puertos seriales, que permiten hacer comunicación serial con el protocolo MODBUS RTU como maestro o esclavo. Esta función le permite añadir más de 2000 entradas y salidas remotas hasta una distancia de hasta 1000 metros con el sistema de cableado RS-422 or S-485, disponible en el puerto 2 del PLC. Evidentemente esto también se puede instalar en el mismo gabinete del PLC DL06. Un esclavo es, por ejemplo, otro PLC DL06 o un PLC DL05 o un variador de frecuencia GS2-25P0, que son declarados esclavos. También Automation Direct tiene un producto modular llamado Terminator I/O, que es un sistema de entradas y salidas no inteligentes, pero que acepta el protocolo MODBUS como esclavo hasta una velocidad de transmisión de 38.4 KBaud y puede aceptar fácilmente hasta 90 nodos. Vea más informaciones de Terminator I/O en nuestro sitio de Internet.
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Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
1 Concepto de una instalación controlada por PLC’s. El proyecto de control de una máquina o un sistema de equipos a ser controlado por uno o más PLCs es tarea de uno o más técnicos, quienes deben entender los detalles de operación de la máquina o el 2 sistema. La programación del PLC es una tarea, entre muchas otras tareas, en el diseño de un sistema, que debe ser ejecutada para la implementación de un proyecto. Así como se requiere estudios para 3 definir el proceso, para escoger la mejor solución, para seleccionar cada una de las piezas que componen un sistema, también es necesario planear la selección del sistema de control con la parte de operación 4 (HMI), uno o más PLCs, sensores, contactores, transductores, válvulas solenoides, motores y actuadores entre otro equipo. y después como será alambrado el sistema, cuántas y qué tipo de entradas 5 y salidas se requieren. No es el propósito de este capítulo describir cada una de las etapas anteriores a la programación de un 6 PLC; sin embargo, describiremos aquí en general acciones que es necesario implementar para tener un sistema de control con PLCs hecho en forma exitosa. 7 Cualquier sistema de control tendrá como entradas: comandos hechos por un operador, entre otras, que son hechos a través de sistemas llamados paneles de operador o, más en general, interfaces hombre máquina (H. M. I.), definición de los estados de la maquinaria o de un sistema, tales como el estado 8 de motores (funcionando o parados), conmutadores para determinar si una determinada máquina puede funcionar antes que otra, sensores de proximidad que determinan la posición de una 9 determinada parte de la maquinaria, sensores fotoeléctricos que detectan luz, para contar u otras funciones, dependiendo de lo que se cruce frente a estos sensores, conmutadores que indican si el nivel 11 de agua está más bajo que un cierto nivel prefijado, confirmación de válvulas solenoides activadas, velocidad de la maquinaria, posición de ejes o de discos, temperaturas, presiones, niveles, corrientes, 11 etc. y salidas discretas como señales para hacer funcionar un motor girando en un sentido o el otro, activar válvulas, lámparas de indicación de estado, sirenas para llamar la atención de un determinado paso o partida de motores o salidas análogas para actuación de variadores de frecuencia, válvulas para 12 actuadores de control de flujo, aparatos de potencia de control de potencia para controlar calentamiento o refrigeración, e incluso transferencia en tiempo real de informaciones para sistemas 13 que adquisición de datos. La programación de un PLC es una de las últimas etapas de un proyecto de control, ya que 14 primeramente se tiene que definir cada uno de los componentes del PLC y cada uno de los sensores, contactores, el alambrado a cada uno de los sensores, a los paneles de operador, a los centros de A controles de motores, a los variadores de frecuencia, a los encoders para medir velocidad o posición etc. Tomemos por ejemplo el caso de un sistema simple de control de una planta de cemento; una planta B de cemento tiene típicamente unos 300 a 500 motores, unas 150 mediciones de temperatura, presión, flujo, unos 1000 switches de diferentes tipos, unas 200 válvulas solenoides y otros componentes los C cuales deben ser comandados, debe verse el estado de la mayoría de ellos, y debe tenerse un sistema para eso. Aquí los PLCs juegan un papel importante en el control de este sistema. Cualquier defecto en una D o más de las máquinas significa que hay que tomar acción inmediata mente para evitar parar la planta y perder producción o incluso dañar otras máquinas.
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Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
Considerando toda la información descrita anteriormente, estos son los pasos básicos para poder hacer un desarrollo del programa. ADVERTENCIA: Es su responsabilidad diseñar un ambiente seguro de operación para el personal y el equipo y debe ser su meta primaria durante la planificación de sistema e instalación. Los sistemas de automatización pueden fallar y poder tener como resultado situaciones que pueden causar heridas graves al personal o daño al equipo. No confíe solamente en el sistema de automatización para hacer seguro el ambiente de operación. Usted debe usar artefactos electro-mecánicos externos, tales como conmutadores de límite, independientes de la aplicación del PLC para suministrar protección para cualquier parte del sistema que pueda causar heridas o daños personales. Cada aplicación de automatización es diferente, así que puede haber requerimientos especiales para su aplicación particular.
Etapa 1 Descripción sumaria de alto nivel de la aplicación Tenga un documento con una primera descripción de su aplicación; debe hacerse en los términos más sencillos posibles (descripción en texto, una lista de instrucciones, un diagrama de flujo o cualquiera que le sea cómodo). Evite la implementación de detalles específicos en este punto. Si usted no puede describir su aplicación, usted no puede PLC programarla. Si su aplicación es grande y compleja, desglósela en partes más pequeñas. Casi todos programas de aplicación tienen tres componentes: Entradas, Proceso, Salidas. • ¿Cuales son sus entradas en la aplicación? En el puerto serial, entradas físicas, memoria del PLC.
Proceso
• ¿Qué proceso se debe hacer? Analice la serie de datos, cálculo de valores, construya una cadena de enclavamiento, etc. • ¿Dónde van las salidas de la aplicación? activan salidas como motores, válvulas solenoides, envían datos procesados por vías de comunicación, datos a ser enviados por el puerto serial, leen y escriben valores a memorias del PLC, imprimen datos a resultados de cálculos, etc.
Etapa 2 Revise su descripción Lea su primera descripción.
Señales de Entradas Señales de Salidas en el campo
• ¿Le hace sentido a usted? • ¿Tiene definidos los componentes correctos del PLC? • ¿Se han tomando en cuenta consideraciones para hacer el sistema seguro para el personal y el equipo? • ¿Es la velocidad de procesamiento un factor a considerar?
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Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
• ¿Dónde están los cuellos de botella en la aplicación?
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• ¿Hay una manera más sencilla de alcanzar los mismos resultados? • ¿Hay una manera más rápida de alcanzar los mismos resultados? • ¿Cuales son las consideraciones o requisitos para esta aplicación? • ¿Han sido alcanzadas las consideraciones o requisitos especiales para esta aplicación?
Si las preguntas han causado cambios en partes de la aplicación, repita los pasos 1 y 2 hasta que usted esté satisfecho y luego proceda a la etapa siguiente.
Etapa 3 Descripción de nivel eléctrico de la aplicación Refine su primera descripción de la aplicación con detalles específicos usando los términos más sencillos (descripción en texto, una lista de declaraciones, un diagrama de flujo o cualquier otro que haga que Ud. se sienta cómodo). Debe tener claro toda la parte de hardware que será usada.
Etapa 4 Codifique y arme una aplicación de prueba. En esta etapa Ud. comenzará a trabajar con el o los PLCs. Asegúrese que conoce bien el PLC y todas sus características y configuraciones. Escoja y verifique los módulos de entradas y salidas adecuados para cada función. Entienda todas las opciones de alambrado. Entienda las opciones para programación. Entienda la necesidad de hacer mantención y búsqueda de problemas en el sistema cuando éste ya esté trabajando. Cada programa tiene varias instrucciones que se deben incluir. El programa puede trabajar sin estas instrucciones pero es buena práctica siempre que programe incluir estas instrucciones, porque le pueden salvar tiempo en la depuración de un programa durante la implantación. Documente la codificación, es decir, coloque apodos en cada entrada y salida, y haga comentarios en cada rung seún la lógica cue ud está usando.
Etapa 5 Escriba código para el próximo componente del programa de la aplicación. Mientras más sencillo es el componente, mejor. Documente el programa mientras lo ejecuta.
Etapa 6 Pruebe todas las combinaciones posibles de entradas y la salidas de los componentes de la aplicación. Etapa 7 Repita las etapas 5 y 6 para cada componente de la aplicación Etapa 8 Pruebe la aplicación completamente con cada combinación posible antes de colocar en funcionamiento el programa. Verifique que la documentación esté correcta, para que todas las personas que vayan a usarlo entiendan bien cada uno de los procedimientos.
Etapa 9 Colocación en funcionamiento:
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Esta es la etapa donde se descubrirá si se ha hecho un buen programa o todavía es necesario cambiar algunas partes del programa. Típicamente esta parte es muy esforzada porque el dueño, (llamemos dueño al que tiene más interés que el proceso esté funcionando), quiere tener la máquina o el conjunto de máquinas trabajando en el más corto tiempo posible. En este período es donde el ingeniero electricista sufre todas las culpas del atraso del proyecto, aunque no sea verdad. Es muy conveniente evitar esos problemas al máximo.
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Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
Ejemplos de programas ladder con PLC DL06 Ejemplo 1. A continuación presentamos como hacer un proyecto que debe ser definido por un técnico que entienda el proceso a ser controlado. Hay muchas etapas iniciales antes de hacer el sistema de control y de ejecutar la programación del PLC: Como ejemplo de la metodología para poder hacer un proyecto industrial o comercial con un PLC mostraremos un ejemplo simple de un sistema de molienda de mineral con 3 correas transportadoras. En los próximos ejemplos trabajaremos sobre el mismo concepto. Etapa 1. Este control debe tener un enclavamiento de partida de tres correas transportadoras de mineral que deben partir una luego de otra con un retraso entre cada una para alimentar un triturador de mineral y además, al ser activada una parada de emergencia por cuerda, todas las correas que están en el lado “aguas arriba” van a parar inmediatamente. Vea la figura adyacente con la idea descrita. Cada correa transportadora C1, C2 o C3 tiene asociada una parada de emergencia por cuerda a lo largo de la correa. En la partida, el operador apretará un botón que hará sonar una sirena por 45 segundos, para alertar a las personas que el sistema va a partir. Al final de los 45 segundos parte la bomba de lubricación del triturador y al mismo tiempo el ventilador de un filtro de mangas para sacar el polvo que será creado en el transporte y en la molienda, si el aire para limpiar las mangas tiene la presión suficiente. Si la presión de lubricación llega al valor mínimo aceptable y el ventilador está corriendo, parte el triturador de mineral y después de un cierto tiempo partirán las otras correas para eliminar cualquier material que pueda haber quedado en la parada anterior en la secuencia C3, C2 y C1 con un intervalo de tiempo de cada una. La parada normal hará que la correa C1, pare primeramente y permitirá que las otras queden vacías antes de parar. Cada correa tiene un motor de inducción de una velocidad solamente, en este ejemplo. Por definiciones del proceso, el tiempo de parada está definido con un cierto tiempo entre correas (puede ser otro valor cualquiera diferente que el que se ha programado). Luego se para el triturador y después de un cierto tiempo, la bomba de lubricación del triturador. Manual del PLC DL06, 2a. edición en español, 6/07
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Capítulo 11: Recopilación y ejemplos Etapa 2 Revisemos la descripción:
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• Lea la descripción. Falta definir el lugar del pupitre de control; Eso debe ser definido por la conveniencia de la operación y las distancias envueltas. • ¿Le hace sentido a usted? Parece ser correcto pero falta saber qué viene después del triturador. Tendría sentido colocar un enclavamiento para el sistema que va despúes del triturador. Sería interesante mostrar al operador qué equipo está funcionando. • ¿Tiene definidos los componentes correctos del PLC? NO, los definiremos mas adelante: • ¿Se han tomando en cuenta consideraciones para hacer el sistema seguro para el personal y el equipo? Se han considerado paradas de emergencia en la correas; no se han considerado protecciones en el triturador ni en el filtro de mangas. Posiblemente existan protecciones mecánicas para impedir el acceso. Debe haber alarmas cuando falla la presión de aire o de lubricación. Si para el triturador, deben parar inmediatamente las correas, Si se para el ventilador, debe pararse la correa C1 y luego las otras hasta parar el triturador vacío. • ¿Es la velocidad de procesamiento un factor a considerar? No en este momento. • ¿Dónde están los cuellos de botella en la aplicación? Posiblemente en la posibilidad de atorar el triturador con material. El triturador tiene una capacidad de 300 Toneladas por hora y si se sobrepasa este límite el motor puede parar y lo peor es que el triturador quede lleno y al quedar lleno no puede partir tan fácilmente. • ¿Hay una manera más sencilla de alcanzar los mismos resultados? Bueno, el sistema está ya definido; no hay por ahora opciones en este caso. Sin embargo, la solución de control puede tener más de una alternativa. De hecho existen otras alternativas, pero no las discutiremos aquí. • ¿Hay una manera más rápida de alcanzar los mismos resultados? Este no es un sistema en que la velocidad de procesamiento del control juegue un papel importante, por lo menos en esta etapa. Etapa 3 Descripción de nivel eléctrico de la aplicación Este es una definición de las necesidades para la parte eléctrica de potencia: Alimentación trifásica 380 Volt, 50 Hz, 20 MVA de potencia de cortocircuito Motor de la correa alimentadora C1
20 HP, 1500 rpm
Motor de la correa transportadora C2
50 HP, 1500 rpm
Motor de la correa transportadora C3
10 HP, 1500 rpm
Motor de la bomba
3 HP, 1000 rpm
Motor del triturador
500 HP, 1500 rpm con 6,6 kV; control separado
Motor del ventilador del filtro de mangas
30 HP, 1500 rpm
Necesitamos de un centro de control de motores con 5 partidores en 380 Volt; el control del triturador en media tensión, los fusibles o interruptores necesarios, todo instalado en uno o más gabinetes metálicos, de acuerdo a normas preestablecidas de seguridad, una sirena de alarma, un pupitre de control con botones y lámparas, el PLC para hacer el control, incluyendo el programa de control, un diagrama de alambrado de cada componente, instrucciones de instalación y de
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Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
operación, después de tener claro el concepto de control. El control del triturador solamente necesita un contacto que se cierra para partir, y se para al abrir este contacto. Nota: Este es solamente un ejemplo. AUTOMATIONDIRECT no toma ninguna responsabilidad en la implementación de un sistema similar. Este ejemplo solamente sirve para mostrar la metodología.
En la figura adyacente se muestra un diagrama unifilar de potencia y como se ha desarrollado el cableado de control de cada motor; esto da una idea de como será interconectado el PLC a cada entrada y cada salida. Naturalmente es necesario más documentación que ésta. El botón de emergencia principal debe entrar en el PLC y al mismo tiempo debe desenergizar todas las salidas del PLC. En la segunda figura de esta página se muestra una conexión típica de cada partidor de motor de 380 Volt. Note que el relevador de sobrecarga OL10 abre el circuito de la bobina del partidor físicamente, es decir, se ha optado en este caso que el PLC no intervenga en la apertura del contactor del partidor del motor; sin embargo, hay aún una señal de sobrecarga en el borne 6, que va al PLC. Esta señal se usa en este caso solamente como indicación para el operador, lo que puede ser conveniente para que éste sepa que el motor ha sido sobrecargado y en este caso no es un problema eléctrico. La parada de emergencia por cuerda también se ha implementado en el cableado y no en el PLC. Por último, el contacto auxiliar del contactor M10 confirma que el contactor se ha cerrado. Hay muchas otras soluciones de control. Ésta es una muy simple y no constituye una recomendación.
Alimentado desde transformador T14 - 300 kVA
500:5 1M
Barras de cobre de 600 A
Barra de 380 VOLT
30 A
15A
100 a
200
M10
50
M11
OL10
15
M12
OL11
125
M13
OL12
M14
OL13
OL14
50 HP
10 HP
3 HP
30 HP
31.5 A
73.2 A
16.8 A
5.1 A
44.8 A
CORREA C3
BOMBA
VENTILADOR
20 HP
CORREA C2
15 A
INSTRUMENTACION
30 A
CORREA C1
PLC DL06
ILUMINACION
MEDICION
Centro de Control de motores
380VAC, 3Ø, 50HZ
1201 M10
OL10 T1
1202
M
T2 T3
1203 L1 L2 L3
N
1204
TENSION DE CONTROL 1205 SALIDA del PLC OL10 1206
Y1
MD1 MC87
EMERGENCIA DE CUERDA 2 MC85
M10
MC86
4
1207 LC
+24 VCC
+0 VCC
1208
N
Entradas del PLC X3
OPTO-ACOPLADOR PARADA EMERGENCIA
1209
5
COM
1210 X20 OPTO-ACOPLADOR 1211
SOBRECARGA
6
1212 M10
X11
OPTO-ACOPLADOR
V 1213
CORRIENDO 7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 11 12 13 14 A B C D
1214
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Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
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Los diagramas anteriores se deben ejecutar realmente lo más detallados posibles, para evitar que en el futuro los electricistas que deban mantener el sistema se confundan con el concepto. En los treinta años de experiencia del autor se ha visto mucho estas situaciones y vale la pena recalcar mucho este asunto. Sin embargo, no es el propósito de este manual entrar a discutir estos detalles. En primera instancia escogeremos el PLC D0-06AR para este ejemplo. Este PLC tiene una alimentación de 100 a 240 VAC, 43 a 63 Hz y entradas de 90 a 120 Volt así como salidas entre 17 a 240 VCA. La primera consideración a ser hecha es escoger 110 o 220 Volt para el voltaje de control. Ya que un voltaje de 380 Volt nos entrega 220 Volt entre una fase y tierra, parece ser más lógico escoger 220 Volt, pero tenemos la limitación que las entradas sólo pueden llegar hasta 120 Volt. En ese caso, preferiremos hacer un sistema con entradas de 24 Volt CC y salida de 220 Volt. El PLC tiene una fuente de poder de 24 Volt, 300 mA. Cada entrada llega a 8 mA cuando está activada y ya que tenemos 20 entradas usaremos solamente 160 mA en el peor de los casos. De modo que usaremos el PLC D0-06DR. Puede considerarse un módulo de entrada. Haremos el cableado de potencia, entradas y salidas de acuerdo al diagrama de abajo. TIERRA ;
220V TENSION DE CONTROL;
PARADA DE EMERGENCIA
PARTIR TRANSPORTE PARTIR SIRENA PARAR TRANSPORTE EMERGENCIA CORREA
C1
EMERGENCIA EMERGENCIA BOMBA VENTILADOR
CORREA C2 CORREA C3 CORRIENDO CORRIENDO
TRITURADOR C1 CORREA C2 CORREA C3 CORREA
CORRIENDO CORRIENDO CORRIENDO CORRIENDO
DESGARGA CORRIENDO PRESION BAJA AIRE EN PUPITRE EMERGENCIA PRESION BAJA LUBRICACION SOBRECARGA SOBRECARGA SOBRECARGA SOBRECARGA
C0
AC
X1
AC
G
X0
C1 CORREA C2 CORREA C3 CORREA VENTILADOR
LG
X2 X3
24V
X4
C0
0V
C1
Y0
X5 X6
Y1 Y2
X7 C2
Y3
X10
C1 X11
Y4
X13
Y6
X12
Y5
C3
Y7 X14
C2
X16
Y11
C4
Y13
X21
Y14
X15
Y10
X17
Y12
X20
C3
X22
Y15 X23
Y16
NC
NC
Y17
NC
CONTROL
CORREA
C1
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TRITURADOR CORREA CORREA C2 CORREA
C1 C3
BOMBA VENTILADOR INDICADOR
SIRENA CORREA
INDICADOR INDICADOR INDICADOR INDICADOR
CORREA C2 CORREA C3 TRITURADOR BOMBA
C1
INDICADOR VENTILADOR INDICADOR DESCARGA PRESION AIRE BAJA PRESION LUBRIC BAJA
SIEMPRE USE SUPRESORES DE SOBRETENSION EN LAS BOBINAS DE LOS CONTACTORES
Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
Asignación de las estradas discretas Las entradas serán asignadas por una convención arbitraria, tal como la tabla de abajo: En general se recomienda dejar algunas entradas disponibles para el futuro, en caso de modificación del proyecto, adición de una máquina en el futuro, etc. En este caso, si fueran necesarias otras entradas o salidas, se puede adicionar otro módulo de acuerdo a la necesidad, ya que el PLC DL-06 tiene 4 ranuras para módulos opcionales. Se ve la necesidad de instalar los botones en un lugar conveniente. Decidimos en este ejemplo que un operador tendrá un pupitre en una localización central, con los botones X0, X1, X2 y X100, además de indicaciones de funcionamiento a ser definidas de acuerdo entre el técnico de proceso y el diseñador del sistema de control. En este caso, agregaremos el módulo D0-08TR. Note que el proceso no siempre es bien definido por el ingeniero de proceso y por lo tanto es necesario tener siempre una realimentación. Hay varias preguntas que el programador debe hacer al “dueño”, para evitar responsabilidades después que el proceso está funcionando y no está adecuadamente diseñado. No se puede culpar al ejecutor del sistema de control de las fallas de diseño para el operador, que no permitan que el operador esté en control del sistema. Terminal Apodo
Descripción
X0
Partir
Botón de partida del operador en el pupitre de control N.A
X1
Sirena
Botón para activar la sirena para comunicación N.A.
X2
Parar normal
Botón de parada en el pupitre de control N.C.
X3
Emergencia de C1
Conmutador de emergencia en la correa C1, N.C
X4
Emergencia de C2
Conmutador de emergencia en la correa C2 N.C
X5
Emergencia de C3
Conmutador de emergencia en la correa C3 N.C
X6
Bomba corriendo
Contacto auxiliar del contacto del motor de la bomba N.A
X7
Ventilador corriendo
Contacto auxiliar del contacto del motor de la bomba N.A.
X10
Triturador corriendo
Contacto auxiliar del contacto del motor de la bomba N.A
X11
C1corriendo
Contacto auxiliar del contacot del motor de la correa C1 N.A.
X12
C2 corriendo
Contacto auxiliar del contacto del motor de la correa C2 N.A
X13
C3 corriendo
Contacto auxiliar del contacto del motor de la correa C3 N.A
X14
Enclavamiento después del triturador
Contacto auxiliar N.C.de un contacto del sistema de descarga
X15
Falta de presión de aire del filtro
Presostato de baja presión de aire.(N.C está normal)
X16
Parada de emergencia principal
Botón de emergencia en el pupitre
X17
Presión de lubricación normal
Presión del aceite de lubricación del triturador (N.C. está normal)
X20
Sobrecarga de la correa C1
Contacto abierto del disparador térmico de sobrecorriente
X21
Sobrecarga de la correa C2
Contacto abierto del disparador térmico de sobrecorriente
X22
Sobrecarga de la correa C3
Contacto abierto del disparador térmico de sobrecorriente
X23
Sobrecarga del ventilador
Contacto abierto del disparador térmico de sobrecorriente
X100
Control de la correa C1
Botón en el pupitre para parar temporalmente las correas
X101
Sobrecarga de la bomba
Contacto abierto del disparador térmico de sobrecorriente
X102
Sobrecarga del triturador
Contacto abierto del disparador térmico de sobrecorriente
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Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
Asignación de salidas discretas
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Las salidas serán asignadas por convención como la tabla de abajo: Terminal Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y10 Y11 Y12 Y13 Y14 Y15 Y16 Y17 Y100 Y101 Y102 Y103 Y104 Y105
Apodo
Descripción Triturador parte Esta salida parte y hace funcionar el triturador C1 activada Esta salida parte y hace funcionar la correa C1 C2 activada Esta salida parte y hace funcionar la correa C2 C3 activada Esta salida parte y hace funcionar la correa C3 Bomba activada Esta salida parte y hace funcionar la bomba Ventilador parte Esta salida parte y hace funcionar el ventilador Sirena activada Esta salida parte y hace funcionar la sirena Indicador de C1 Prende la lámpara C1 Indicador de C2 Prende la lámpara C2 Indicador de C3 Prende la lámpara C3 Indicador de triturador Prende la lámpara del triturador Indicador de bomba Prende la lámpara de la bomba Indicador de ventilador Prende la lámpara del ventilador Indicador descarga OK Lámpara indicando que la descarga del triturador está corriendo Presión baja de aire Prende la lámpara para indicar presión baja Lubricación sin presión Prende la lámpara para indicar falla en la lubricación Indicador sobrecarga C1 Lámpara indicando que la correa C1 paró por sobrecarga Indicador sobrecarga C2 Lámpara indicando que la correa C2 paró por sobrecarga Indicador sobrecarga C3 Lámpara indicando que la correa C3 paró por sobrecarga Indicador sobrecarga bomba Lámpara indicando que la bomba paró por sobrecarga Indicador sobrecarga ventilador Lámpara indicando que el ventilador paró por sobrecarga Indicador sobrecarga Triturador Lámpara indicando que el triturador paró por sobrecarga
En general se recomienda dejar algunas salidas disponibles para el futuro, en caso de modificación del proyecto, adición de una máquina en el futuro, etc. En este caso, si fueran necesarias otras entradas o salidas, se puede adicionar uno o más módulos de acuerdo a la necesidad, ya que el PLC DL-06 tiene 4 ranuras para módulos opcionales. De hecho, en los siguientes ejemplos, agregaremos más módulos. Como definimos en la página anterior, un operador tendrá en el pupitre las indicaciones de funcionamiento (definidas de acuerdo entre el técnico de proceso y el diseñador del sistema de control). Digamos que las asignadas arriba fueron ya definidas. Es muy importante definir estas indicaciones basadas en experiencias anteriores. No hay nada mejor que en un proyecto se use la experiencia de personal que haya ha trabajado en sistemas similares. Evidentemente es necesario ser inventivo en el caso de un sistema completamente nuevo. El pupitre de control estará en una parte central de la planta, donde el operador pueda tener acceso al personal de apoyo, si fuera necesario. Vea en la próxima página más informaciones sobre el pupitre.
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Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
Todos los indicadores iluminados tienen el símbolo mostrado arriba. . . . . . . . . . . . Lo que no está indicado significa un botón o selector.
Vista frontal del pupitre El pupitre tiene asociadas las entradas y salidas mostrada en la figura de abajo. Note que necesitaremos más salidas de relevadores que las previstas, para activar la indicaciones Y100 hasta Y105. Agregaremos el módulo D0-08TR en la ranura 2. X16
Y15
Y16
Y17 Amperímetro
Y7
Y10
Y11
Y13
Y14
Y12
Y100
Y101
Y102
Y103
Y104
Y105
X1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 11 12 13 14 A B
X2
C D
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11-27
X0
X100
Definición de entradas y salidas del PLC
Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 11 12 13 14 A B C D
Diagrama de bloque de la operación
Parte sirena con Y6 y para aquí
11-28
Atraso forzado
Atraso forzado Si
No
Presión de aceite OK? Si
Atraso forzado
Presión aire OK?
20 s
Atraso forzado
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No
Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
Atraso forzado
10 s
El diagrama de bloques muestra que el sistema está funcionando en este momento.
Observaciones para el desarrollo del programa Note los siguientes puntos cuando se observa el diagrama: • La bomba necesita de unos segundos para crear presión de aceite de lubricación. • La presión de aire es generada por un compresor fuera del sistema, pero lo interesante es que haya presión de aire necesario para la limpieza de las mangas del filtro. No es necesario saber si el compresor está funcionando. Esto enclava la partida del ventilador del filtro de mangas. • Aquí no aparece el diagrama de operación de parada normal, de paradas por cuerda de las correas transportadoras en emergencia o en caso de falla de cualquier motor por sobrecarga y será por lo tanto necesario hacer otro diagrama; en ese momento, haremos lo definido en el diagrama, que es típico en el desarrollo del programa ladder. Nada errado con tratar varias veces. La experiencia naturalmente ayuda a hacer el desarrollo lo más simple posible, pero en esta descripción de la ejecución del programa mostraremos cada etapa y como se desarrolla el proyecto. Observe en las próximas páginas la primera tratativa de ejecutar el programa. Note que cada partidor de motor tiene un contacto auxiliar que informa al PLC que realmente el contactor se ha cerrado. Esto es necesario para estar seguro que el motor está corriendo. Hay también otras formas de tener la confirmación de que el motor corre normalmente. Esta operación es remota y por lo tanto el operador no vé si una de las correas transportadoras o la bomba realmente están funcionando. Note también que el pupitre tiene indicaciones sobre el funcionamiento de cada elemento de la operación y hay que asociarles una entrada o una salida. En general, no se tiene disponible durante la programación el centro de control de motores, el pupitre, los presostatos y ninguno de los elementos que completan el circuito de control. Por eso es muy deseable tener herramientas que puedan hacer la simulación del sistema. En el caso de este ejemplo, se conectó un segundo PLC DL06 con un módulo simulador (D008SIM) que permitió simular el proceso. Si Ud tiene solamente un PLC, puede hacer la simulación directamente en el mismo PLC, o parcialmente con Data View, y luego, cuando todo funciona ya en la planta, se borra el programa de simulación.
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 11 12 13 14 A B C D
11-29
Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 11 12 13 14 A B C D 11-30
A continuación presentamos el diagrama ladder para esta parte. Hay explicaciones en cada rung. Otras explicaciones pueden ser encontradas en cuadros específicos. Este renglon controla la partida del sistema. La descarga (X14) debe estar funcionando. Parte sistema X0
Enclav triturad X14
Permiso 1 C0 OUT
1 Permiso 1 C0
Sirena T0
Este es una forma típica de enclavar una señal pulsante, tal como un botón que es apretado momentáneamente. Un contacto de la bobina C0 se cierra cuando C0 es activado; entonces este contacto cierra el circuito.El circuito se abre con el contacto T0
Cuando se ha activado la partida, se usa un temporizador para contar 46 segundos desde que se apreto el boton de partida. La sirena debe comenzar a sonar y la salida Y6 activa la sirena TMR
Permiso 1 C0
Sirena T0
2
K460 Note que cuando C0 es verdadero, la sirena suena intermitentemente cada 500 milisegundos y se silencia cada 500 millisegundos. Alternativamente el operador puede apretar el boton X1 para hacer sonar la sirena, mientras mantiene apretado el boton. El contacto X1 elimina la accion del relevador SP4 y la sirena suena continuamente cuando X1 esta apretado Active sirena X1
_1Second SP4
Permiso 1 C0
Active sirena X1
3
Sirena suena Y6 OROUT
V1000 (TA0) es el valor corriente del temporizador T0. Cuando llega a 45 segundos, se activa la bomba de lubricacion. Se usa una instruccion de comparacion para determinar el momento de 45 segundos
TA0
K450
4
Bomba activada Y4 OUT
Bomba corriendo X6
La presion de lubricacion alta debe cerrar X17 cuando corre la bomba. Si no es asi, se activa la salida Y17 para iluminar un indicador en el pupitre. Bomba corriendo X6
Presion lub norm X17
5
Manual del PLC DL06, 2a. edición en español, 6/07
Lub con presion Y17 OUT
Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
Si la bomba de lubricacion funciona, la presion de lubricacion es correcta y hay aire para que el filtro fuincione limpiando las mangas, el ventilador puede partir y se activa la salida Y5 Lub con presion Y17
Aire comprimido X15
Parte ventilador Y5 OUT
6 Cuando se confirma que el ventilador ha partido, se activa la partida del triturador con la salida Y0. Ventilador ON X7
Triturador ON Y0 OUT
7 Cuando el triturador confirma que esta corriendo, con el contacto auxiliar en la entrada X10, la correa C3 sera activada, con la salida Y3 despues que el tempiorizador T3 cuente 60 segundos TMR
triturador corre X10
T2
8
K200 Parte la correa C3 cuando el temporizador T2 activa su salida Correa C3 ON Y3 OUT
T2 9 Cuando la correa C3 esta funcionado , se activa el temporizador T3 con la confimacion en la entrada X13 TMR
C3 funcionando X13
T3
10
K300 Parte la correa C2 cuando el temporizador T3 activa su salida Correa C2 ON Y2 OUT
T3 11 Cuando la correa C2 esta funcionado , se activa el temporizador T4 con la confirmacion en la entrada X12 TMR
C2 funcionando X12
T4
12
K100 Parte la correa C1 cuando el temporizador T4 activa su salida
T4 13
Correa C1 ON Y1 OUT
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Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 11 12 13 14 A B C D 11-32
C1 funcionando X11
Indicador de C1 Y7 OUT
C2 funcionando X12
Indicador de C2 Y10 OUT
C3 funcionando X13
Indicador de C3 Y11 OUT
triturador corre X10
Indicad triturad Y12 OUT
14
15
16
17
Bomba corriendo X6 18
Indicador bomba Y13 OUT
Ventilador ON X7
Ind ventilador Y14 OUT
Enclav triturad X14
Descarga OK Y15 OUT
19
20
Aire comprimido X15
Presion de aire Y16 OUT
Presion lub norm X17
Lub con presion Y17 OUT
21
22
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Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
Sobrecarga C1 X20
Indic OL C1 Y100 OUT
Sobrecarga C2 X21
Indic OL C2 Y101 OUT
Sobrecarga C3 X22
Indic OL C3 Y102 OUT
Sobrecarga venti X23
Indic OL ventila Y104 OUT
Sobrecarga bomb X101
Indic OL bomba Y103 OUT
23
24
25
26
27
OL triturador X102 28
Ind OL triturad Y105 OUT
29
END
30
NOP
El concepto de control del sistema y el correspondiente programa ladder en el PLC debe entenderse bien, entenderse como se ejecuta éste en el PLC, debe simularse y posiblemente corregir errores que puedan existir y luego obtener que éste funcione, antes de ir a una segunda revisión. Como habíamos dicho, no están programadas las diversas paradas ni las protecciones, etc. Eso es lo que veremos en las próxima páginas. Note que estamos haciendo el programa basado en el diagrama de bloques creado inicialmente.
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 11 12 13 14 A B C D
11-33
Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 11 12 13 14 A B C D 11-34
El programa puede ser modificado para aceptar las nuevas condiciones de parada. El sistema debe causar paradas de los equipos por parada normal, por sobrecarga del triturador, por falla del sistema de descarga, por parada de emergencia desde el pupitre o por las cuerdas de emergencia al lado de las correas transportadoras o por defecto de uno de los motores de los equipos involucrados. Analicemos cada caso: 1. Parada normal (cuando se aprieta el botón asociado a la entrada X2 en el pupitre) Al apretar el botón X2 debe suceder que: a) Se para la correa C1 inmediatamente, al momento de apretar el botón b) Se espera un tiempo para que se vacíe de material la correa C1 (digamos 12 segundos) y se para la correa C2. c) Se espera un tiempo para que se vacíe de material la correa C2 (digamos 25 segundos) y se para la correa C3. d) Se espera un tiempo para que se vacíe de material el triturador (digamos 15 segundos) y se para el triturador y luego de 30 segundos la bomba de lubricación. e) Se espera que la lubricación pierda la presión para parar el ventilador del filtro de mangas. 2. Parada por triturador cargado sobre el límite (cuando la carga pasa de 95%) Se espera que el triturador trabaje entorno del 90% de la carga máxima. El operador de la planta debe observar esta condición con el amperímetro del pupitre para determinar como está la carga del triturador. El PLC no puede tomar ninguna acción aquí porque no se ha definido ningún criterio para hacer ésto. En un ejemplo posterior veremos como automatizar este evento, lo que libera tareas del operador. Cuando la carga llegue a 90%, el operador debe parar la alimentación de material y para eso debe apretar un botón de parada de alimentación que debe parar las correas C1, C2 y C3 por un tiempo adecuado, que estimamos ahora en 60 segundos. Después de ese período, la correa C3 parte, luego la C2 y por ultimo la C1. Este botón no había sido previsto al comienzo del desarrollo del proyecto y como sabemos que podemos aumentar la cantidad de entradas y salidas, lo haremos agregando un módulo D010ND3 y la entrada a ser usada será X100. 3. Parada de emergencia desde el pupitre. En ese caso, el operador puede hacer que todas las máquinas paren inmediatamente, por alguna causa de peligro a una persona o por posibilidad de destrucción de l equipo. En ese caso, todos los motores deben parar. Recuerde que ésta es una operación simple para mostrar como se hace la programación de un PLC en un proyecto de control. Talvez, dependiendo de otras condiciones definidas por el personal de proceso, el ventilador y la bomba del triturador no sean necesarias que paren. Para este caso simple. también se pararán estos motores.
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Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
4. Parada por falla de la descarga. Esto es lo mismo que una parada de emergencia. En este caso se cubre también una falla de energía eléctrica. 4. Parada por accionamiento de la emergencia de cuerda de las correas. En ese caso, el PLC recibe la información de que se ha parado una de las correas y las correas “aguas arriba” deben parar inmediatamente. Será necesario que se inspeccione la causa de la parada y se tomen las medidas necesarias para reiniciar la operación nuevamente. 5. Parada por defecto de uno o mas equipos (típicamente una desconexión por sobrecarga) En este ejemplo, tenemos las siguientes condiciones: • Cada uno de los relevadores de sobrecarga de los partidores de motores. • Si falla el aire comprimido para funcionamiento del filtro de mangas. • Si falla la presión de lubricación del triturador. Veamos la condición en cada una de las posibilidades: • Desconexión por sobrecarga del triturador: Al parar el triturador, deben parar todos los equipos “aguas arriba” inmediatamente, excepto el ventilador del filtro y la bomba de lubricación. • Desconexión por sobrecarga del ventilador: Al parar el ventilador, se pierde la acción de limpieza del filtro y por lo tanto deben parar todos los equipos inmediatamente. • Desconexión por sobrecarga de la bomba de lubricación: Al parar el triturador, deben parar todos los equipos “aguas arriba” inmediatamente. • Desconexión por sobrecarga una o más correas: Al parar una de las correas, deben parar las correas “aguas arriba”. • Desconexión por falla de presión de aire: Al no tener aire, se para la acción del filtro de mangas. Deben parar todos los equipos “aguas arriba”. La primera corrección al programa hecho inicialmente tiene que ver con la parada normal. Crearemos un bit C16, que se hace ON al apretar el botón de parada del pupitre X2 y cuando éste esté activado, podrán ejecutarse las acciones de parada de los motores. En las próximas páginas mostramos como ha sido modificado el programa para cubrir esta parte.
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11-35
Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 11 12 13 14 A B C D 11-36
Esta parte define como fue modificado el programa ladder para incluir la parada normal.
Este renglon controla la partida del sistema; la descarga (X14) debe estar funcionando Parte sistema X0
Enclav triturad X14
Permiso 1 C0 OUT
1 Permiso 1 C0
Sirena T0
Cuando se ha activado la partida, se usa un temporizador para contar 46 segundos desde que se apreto el boton de partida. La sirena debe comenzar a sonar y la salida Y6 activa la sirena TMR
Permiso 1 C0
Sirena T0
2
K460 Note que cuando C0 es verdadero, la sirena duena intermitentemente cada 500 milisegundos y se silencia cada 500 millisegundos. Alternativamente el operador puede apretar el boton X1 para havcer solar la sirena, mientras mantiene apretado el boton. El contacto de X1 elimina la accion del SP4 y la sirena suena continuamente cuando X1 esta apretado Active sirena X1
_1Second SP4
Permiso 1 C0
Active sirena X1
Sirena suena Y6 OROUT
3
V1000 (TA0) es el valor corriente del temporizador T0. Cuando llega a 45 segundos, se activa la bomba de lubricacion. Se usa una instruccion de comparacion para determinar el momento de 45 segundos
TA0
K450
T14
4
Bomba activada Y4 OUT
Bomba corriendo X6
La presion de lubricacion alta debe cerrar X17 cuando corre la bomba. Si no es asi, se activa la salida Y17 para iluminar un indicador en el pupitre. Bomba corriendo X6
Presion lub norm X17
5
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Lub sin presion Y17 OUT
Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
Si la bomba de lubricacion funciona, la presion de lubricacion es correcta y hay aire para que el filtro fuincione limpiando las mangas, el ventilador puede partir y se activa la salida Y5 Bomba corriendo X6
Presion lub norm X17
Aire comprimido X15
Parte ventilador Y5 OUT
T14
6 Cuando se confirma que el ventilador ha partido, se activa la partida del triturador con la salida Y0. Ventilador ON X7
T13
Triturador ON Y0 OUT
T14
7 Cuando el triturador confirma que esta corriendo, con el contacto auxiliar en la entrada X10, la correa C3 sera activada, con la salida Y3 despues que el tempiorizador T3 cuente 60 segundos TMR
triturador corre X10
T2
8
K200 Parte la correa C3 cuando el temporizador T2 activa su salida
T2
Correa C3 ON Y3 OUT
T12
9 Cuando la correa C3 esta funcionado , se activa el temporizador T3 con la confimacion en la entrada X13 TMR
C3 funcionando X13
T3
10
K300 Parte la correa C2 cuando el temporizador T3 activa su salida
T3
Correa C2 ON Y2 OUT
T11
11 Cuando la correa C2 esta funcionado , se activa el temporizador T4 con la confirmacion en la entrada X12 TMR
C2 funcionando X12
T4
12
K100 Parte la correa C1 cuando el temporizador T4 activa su salida
T4 13
Parando normal C2
Correa C1 ON Y1 OUT
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 11 12 13 14 A B C D
11-37
Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 11 12 13 14 A B C D 11-38
C1 funcionando X11
Indicador de C1 Y7 OUT
C2 funcionando X12
Indicador de C2 Y10 OUT
C3 funcionando X13
Indicador de C3 Y11 OUT
C1 funcionando X11
Indicad triturad Y12 OUT
C1 funcionando X11
Indicador bomba Y13 OUT
14
15
16
17
18
Ventilador ON X7
Ind ventilador Y14 OUT
Ind sistema OK Y15
Ind sistema OK Y15 OUT
C1 funcionando X11
Presion de aire Y16 OUT
C1 funcionando X11
Lub sin presion Y17 OUT
19
20
21
22
Manual del PLC DL06, 2a. edición en español, 6/07
Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
Sobrecarga C1 X20
Indic OL C1 Y100 OUT
Sobrecarga C2 X21
Indic OL C1 Y100 OUT
Sobrcga ventilad X23
Ind OL ventilad Y104 OUT
Sobrecarga bomba X101
Indic OL bomba Y103 OUT
23
24
25
26
OL triturador X102
Ind OL triturad Y105 OUT
Parar normal X2
Parando normal C2 SET
27
28 SI se está parando normalmente (C16 es ON) y C1 para, se activa el temporizador T11 Parando normal C2
C1 funcionando X11
TMR T11
29
K120 SI se está parando normalmente (C16 es ON) y C2 para, se activa el temporizador T12 Parando normal C2
C2 funcionando X12
TMR T12
30
K250 SI se está parando normalmente (C16 es ON) y C3 para, se activa el temporizador T13 Parando normal C2
31
C3 funcionando X13
TMR T13 K150
Manual del PLC DL06, 2a. edición en español, 6/07
1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 11 12 13 14 A B C D
11-39
Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 11 12 13 14 A B C D
SI se está parando normalmente (C16 es ON) y el triturador para, se activa el temporizador T14 para parar la bomba
Parando normal C2
triturador corre X10
TMR T14
32
K150 SI se está parando normalmente (C16 es ON) y el ventilador para, se desactiva el bitr C16 , con lo cual para el sistema en cuestión. Parando normal C2
Ventilador ON X7
33
Parando normal C2 RST
34
END
2. Parada por triturador sobrecargado.
11-40
Esta condición debe bajar temporalmente el flujo de alimentación de material al triturador. Las correas C1, C2 y C3 deben parar por un cierto tiempo para que el triturador consuma el material que está procesando. Posiblemente 1 minuto puede obtener el resultado esperado, pero naturalmente este valor se podrá ajustar durante la operación, cambiando el valor en el programa. Vea qué renglones son necesarios en el próximo segmento de programa. X100 es el comando de parar las correa C1, C2 y C3 por 1 minuto Control correaC1 X100
Aliment parada C100 SET
34
Aliment parada C100 35
TMR T100 K60
36
Aliment parada C100 RST
37
END
T100
C100 enclava las salidas de las correas en los renglones 9, 11 y 13. No es necesario mostrar todo el programa nuevamente.
Manual del PLC DL06, 2a. edición en español, 6/07
Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
3. Parada de emergencia desde el pupitre o falla de la descarga Vea que solamente es necesario colocar una condición de parada causada por el botón X16 o el botón X14. Uno de los botones activa la bobina de relevador interno C16, que abre el circuito en el renglón 4. No es necesario mostrar todo el programa nuevamente. E-stop pupitre X16
E-stop activado C16 OUT
37 Enclav triturad X14
38
END
4. Parada de emergencia de cuerda de las correas transportadoras En este caso, las entradas X3, X4 y X5 generan la condición de parada de cada una de las correas. La señal X3 para la correa C1. La señal X4 para la correa C2. La señal X5 para la correa C3. Note que los renglones 8, 10 y 12 fueron cambiados para poder hacer parar la correa Cuando se activa uno de los switches de cuerda, se activa C3 Emergencia C1 X3
E-cuerda activad C3 SET
38 Emergencia C2 X4
Emergencia C3 X5
El operador debe activar el botón de partida para iniciar el proceso nuevamente E-cuerda activad C3
Parte sistema X0
39
E-cuerda activad C3 RST
40
END
correspondiente. No es necesario mostrar todo el programa nuevamente.
5. Parada por defecto de uno o más equipos Vea en el diagrama de las próximas páginas como fueron implementados estos eventos.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 11 12 13 14 A B C D
Éstos son:
Manual del PLC DL06, 2a. edición en español, 6/07
11-41
Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 11 12 13 14 A B C D 11-42
• sobrecarga de cada uno de los motores; en los motores cada confirmación debe causar un enclavamiento con el sistema y parar los demas equipos. • falla del aire comprimido para la limpieza de las mangas del filtro. Debe causar la parada general de la planta. Este renglon controla la partida del sistema; la descarga (X14) debe estar funcionando
Parte sistema X0
Enclav triturad X14
Permiso 1 C70 OUT
1
Permiso 1 C70
Sirena T0
Cuando se ha activado la partida, se usa un temporizador para contar 46 segundos desde que se apreto el boton de partida. La sirena debe comenzar a sonar y la salida Y6 activa la sirena TMR
Permiso 1 C70
Sirena T0
2
K460 Note que cuando C0 es verdadero, la sirena duena intermitentemente cada 500 milisegundos y se silencia cada 500 millisegundos. Alternativamente el operador puede apretar el boton X1 para hacer sonar la sirena, mientras mantiene apretado el boton. El contacto de X1 elimina la accion del SP4 y la sirena suena continuamente cuando X1 esta apretado
Active sirena X1
_1Second SP4
Permiso 1 C70
Active sirena X1
Sirena suena Y6 OROUT
3
V1000 (TA0) es el valor corriente del temporizador T0. Cuando llega a 45 segundos, se activa la bomba de lubricacion. Se usa una instruccion de comparacion para determinar el momento de 45 segundos
TA0
K450
E-stop activado C16
T14
4
Bomba activada Y4 OUT
Bomba corriendo X6
La presion de lubricacion alta debe cerrar X17 cuando corre la bomba. Si es asi, se activa la salida Y17 para iluminar un indicador en el pupitre.
Bomba corriendo X6
Presion lub norm X17
Lub con presion Y17 OUT
5
Si la bomba de lubricacion funciona, la presion de lubricacion es correcta y hay aire para que el filtro fuincione limpiando las mangas, el ventilador puede partir y se activa la salida Y5
Lub con presion Y17
Aire comprimido X15
T14
OL ventilad C105
6
Parte ventilador Y5 OUT
Cuando se confirma que el ventilador ha partido, se activa la partida del triturador con la salida Y0.
Ventilador ON X7
T13
T14
OL triturad C104
7
Manual del PLC DL06, 2a. edición en español, 6/07
Triturador ON Y0 OUT
Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
Cuando el triturador confirma que esta corriendo, con el contacto auxiliar en la entrada X10, la correa C3 sera activada, con la salida Y3 despues que el temporizador T3 cuente 60 segundos
triturador corre X10
Emergencia C3 X5
TMR
E-cuerda activad C3
T2
8
K200 Emergencia C1 X3
Emergencia C2 X4
Emergencia C3 X5
Emergencia C3 X5
Parte la correa C3 cuando el temporizador T2 activa su salida
T2
T12
Aliment parada C100
OL correa C3 C103
Correa C3 ON Y3 OUT
9
Cuando la correa C3 esta funcionando, se activa el temporizador T3 con la confirmacion en la entrada X13
C3 funcionando X13
Emergencia C2 X4
TMR
E-cuerda activad C3
T3
10
K300 Emergencia C3 X5
Parte la correa C2 cuando el temporizador T3 activa su salida
T3
T11
Aliment parada C100
OL correa C2 C102
Correa C2 ON Y2 OUT
11
Cuando la correa C2 esta funcionado , se activa el temporizador T4 con la confirmacion en la entrada X12
C2 funcionando X12
Emergencia C1 X3
TMR
E-cuerda activad C3
T4
12
K100 Emergencia C2 X4
Emergencia C3 X5
Parte la correa C1 cuando el temporizador T4 activa su salida
T4
Parando normal C2
13
OL correa C1 C101
Correa C1 ON Y1 OUT
C1 funcionando X11
Indicador de C1 Y7 OUT
C2 funcionando X12
Indicador de C2 Y10 OUT
14
15
Aliment parada C100
Manual del PLC DL06, 2a. edición en español, 6/07
1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 11 12 13 14 A B C D 11-43
Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 11 12 13 14 A B C D 11-44
C3 funcionando X13
Indicador de C3 Y11 OUT
triturador corre X10
Indicad triturad Y12 OUT
16
17
Bomba corriendo X6 18
Indicador bomba Y13 OUT
Ventilador ON X7
Ind ventilador Y14 OUT
Enclav triturad X14
Ind sistema OK Y15 OUT
Aire comprimido X15
Presion de aire Y16 OUT
Presion lub norm X17
Lub con presion Y17 OUT
19
20
21
22
Sobrecarga C1 X20
Ind OL C1 Y100 OUT
Sobrecarga C2 X21
Ind OL C2 Y101 OUT
Sobrecarga C3 X22
Ind OL bomba Y103 OUT
OL ventilador X23
Ind OL ventilad Y104 OUT
23
24
25
26
Manual del PLC DL06, 2a. edición en español, 6/07
Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
OL bomba X101
Ind OL bomba Y103 OUT
OL triturador X102
Ind OL triturad Y105 OUT
Parar normal X2
Parando normal C2 SET
27
28
29
SI se está parando normalmente (C16 es ON) y C1 para, se activa el temporizador T11
Parando normal C2
C1 funcionando X11
TMR T11
30
K120 SI se está parando normalmente (C16 es ON) y C2 para, se activa el temporizador T12
Parando normal C2
C2 funcionando X12
TMR T12
31
K250 SI se está parando normalmente (C16 es ON) y C3 para, se activa el temporizador T13
Parando normal C2
C3 funcionando X13
TMR T13
32
K150 SI se está parando normalmente (C16 es ON) y el triturador para, se activa el temporizador T14 para parar la bomba
Parando normal C2
triturador corre X10
TMR T14
33
K150 SI se está parando normalmente (C16 es ON) y el ventilador para, se desactiva el bitr C16 , con lo cual para el sistema en cuestión.
Parando normal C2
Ventilador ON X7
Parando normal C2 RST
34
Control aliment X100
Aliment parada C100 SET
35
Aliment parada C100
TMR T100
36
K60
Manual del PLC DL06, 2a. edición en español, 6/07
1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 11 12 13 14 A B C D
11-45
Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 11 12 13 14 A B C D 11-46
Aliment parada C100 RST
T100 37
Cuiatro condiciones paran la planta; la parada de emergencia general, el enclavamiento de la descarga del triturador, la sobrecarga de la bomba y la falta de energia
E-stop activado C16 OUT
E-stop pupitre X16 38
Enclav triturad X14
OL bomba C106
Emergencia C1 X3
E-cuerda activad C3 SET
39
Emergencia C2 X4
Emergencia C3 X5
E-cuerda activad C3
Parte sistema X0
E-cuerda activad C3 RST
40
Sobrecarga C1 X20
Correa C1 ON Y1
Sobrecarga C1 X20
OL correa C1 C101
Sobrecarga C2 X21
Correa C2 ON Y2
Sobrecarga C2 X21
OL correa C2 C102
OL correa C1 C101 SET
41
Parte sistema X0
42
OL correa C1 C101 RST
OL correa C2 C102 SET
43
Parte sistema X0
44
Manual del PLC DL06, 2a. edición en español, 6/07
OL correa C2 C102 RST
Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
Sobrecarga C3 X22
Correa C3 ON Y3
Sobrecarga C3 X22
OL correa C3 C103
OL correa C3 C103 SET
45
OL correa C3 C103 RST
Parte sistema X0
46
OL triturador X102
Triturador ON Y0
OL triturador X102
OL triturad C104
OL triturad C104 SET
47
Parte sistema X0
OL triturad C104 RST
48
OL ventilador X23
Parte ventilador Y5
OL ventilador X23
OL ventilad C105
OL ventilad C105 SET
49
Parte sistema X0
OL ventilad C105 RST
50
OL bomba X101
Bomba activada Y4
OL bomba X101
OL bomba C106
OL bomba C106 SET
51
Parte sistema X0
OL bomba C106 RST
52
T60
C60 OUT
53
T60 54
TMR T60 K3600
Manual del PLC DL06, 2a. edición en español, 6/07
1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 11 12 13 14 A B C D
11-47
Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 11 12 13 14 A B C D 11-48
CNT
Bomba corriendo X6
C60
55
CT6 K9999
OL bomba X101
Ventilador ON X7
CNT C60
56
CT7 K9999
OL bomba X101
CNT
triturador corre X10
C60
57
CT10 K9999
Inspeccion T C10
CNT
C1 funcionando X11
C60
58
CT21 K9999
OL bomba X101
CNT
C2 funcionando X12
C60
59
CT12 K9999
OL bomba X101
CNT
C3 funcionando X13
C60
60
CT13 K9999
OL bomba X101
Cuando se llega a 800 horas, debe indicarse que hay que hacer una inpección de; triturador. esto hace un SET del bit C10
CTA10
K8000
61
Manual del PLC DL06, 2a. edición en español, 6/07
Inspeccion T C10 SET
Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
El boton X102 debe resetear el bit de la instrccion.
OL triturador X102
Inspeccion T C10 RST
62
Analog Input/Output Combo Module Pointer Setup ANLGCMB IB-462 K0 Base # (K0-Local) K3 Slot # K4 Number of Input Channels K0 Input Data Format (0-BCD 1-BIN) V1500 Input Data Address K2 Number of Output Channels K0 Output Data Format (0-BCD 1-BIN) V1600 Output Data Address
63
Este renglon compara el valor en el canal 1 ( 0- 100% de peso, que equivale a 0- 4095) con el valor 409, que corresponde al valor de 10%, con un pequeno error. Si la comparación es verdadera, se activa el bit C71
V1500
Nivel bajo C71 OUT
K409
64
Este renglon lee el valor en V1501 (corriente del motor), lo multiplica por 3000, y lo divide por 4095; el resultado es colocado en V1510; si el valor de la corriente es por ejemplo, 5,6 mA, esto se traduce a un valor de 409 unidades; 409 multiplicado por 3000 y dividido en 4095 resulta en 299, que significa 29.9 A, valor cercano al valor exacto. Se usa K3000 para usar un decimal mas y dar un valor mas exacto _On SP1
LD
65
V1501 MUL K3000 DIV K4095 OUT Ampere trituradr V1510 Note que el renglon es verdadero cada vez que la comparación muestra que la corriente esta sobre 38A ( 90% del valor nominal). El temporizador T51 cuenta los segundos que este renglon es verdadero;; si es menos de 30 segundos, se reseta a si mismo. Si queda verdadero por mas de 30 segundos, el temporizador activa C72 en el proximo renglon.
Ampere trituradr V1510 66
T51 K300
C51 67
TMR K38
Carga alta C72 OUT
68
END
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 11 12 13 14 A B C D
11-49
Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 11 12 13 14 A B C D 11-50
Pasamos ahora a desarrollar otros conceptos requeridos en la implementación de programas con el PLC DL06. Ejemplo 2: Consideremos usar contadores en el mismo ejemplo. Una función bastante normal es medir las horas que un motor ha funcionado, por ejemplo, para ayudar al departamento de mantención a saber cuando es necesario revisar la grasa en los rodamientos de los motores, o para determinar cuando es el dia que corresponde a una inspección después de 1000 horas, por ejemplo. Esto no es un valor exacto hasta el segundo de modo que no sería necesario contarlos, y en ese caso usaremos cada décimo de hora como unidad. Cada confirmación de funcionamiento de un motor tendrá asociado un temporizador. Recuerde que hay 256 temporizadores y 128 contadores en este PLC. Hasta ahora se han usado solamente unos 10 temporizadores y ningún contador. Crearemos primero un generador de un pulso con C60 a cada 6 minutos (1 décimo de hora) con el temporizador T60. Luego cada entrada de confirmacion de motor corriendo recibe un contador que cuenta en décimos de hora; Si el contador CT6 cuenta 134 pulsos, esto significa que el motor de la bomba ha corrido 13.4 horas. y asi sucesivamente. Note que podemos contar solamente hasta 999 horas y 9 décimos; esto equivale a unos 41 dias; X101
1
C3 funcionando
T60
C60 OUT
36
T60
TMR
37
T60 K3600
Bomba corriendo X6
CNT C60
38
CT6 K9999
X101
Ventilador ON X7
CNT C60
39
CT7 K9999
X101
triturador corre X10
CNT C60
40
CT6 K9999
X101
C1 funcionando X11
CNT C60
41
CT7 K9999
X101
C2 funcionando X12
CNT C60
42 X101
Manual del PLC DL06, 2a. edición en español, 6/07
CT6 K9999
Capítulo 11: Recopilación y ejemplos posiblemente sea interesante tener más horas. En ese caso se puede usar el contador UDC, que permite contar hasta 99999999 pulsos. Esto se ha implementado en el caso del triturador. Note que deberíamos crear un nuevo botón, el botón X101, no previsto en la especificacion inicial, para llevar a cero los contadores. También se podría hacer un “reset” del valor cada Lunes a las 6 :00 de la mañana, con el reloj que tiene el PLC. Dejaremos esto para el lector. Ejemplo 3: Usando la cantidad de horas acumuladas, podemos hacer comparaciones, para mostrar como se operan con esas instrucciones. El bit C10 puede ser conectado a una salida real (que no ha sido considerada) o a la sirena, con un pulso de 100 ms, cada minuto, para avisar que es tiempo de inspeccionar el triturador. Cuando eso haya sido hecho, el electricista (no el operador) debe apretar el botón X102 para resetear el bit y parar el aviso. Hay varias otras formas. Solamente se muestra una posibilidad. CTA10 44
K9990
Inspeccion T C10 SET
45
Inspeccion T C10 RST
46
END
X102
Ejemplo 4:; Digamos que se requiere que el operador tenga más informaciones del comportamiento del sistema y para eso instalaremos una interface de operador C-more de 10 pulgadas EA7-T10C, lo que permite tener mas adquisición de datos; los botones e indicadores con lámparas serán reemplazados en ese panel. Observaremos que esta acción libera ahora entradas y salidas físicas del PLC. En este caso, crearemos una pantalla en el panel con las siguientes asociaciones: X0-cambiando a---> C0=======>Objeto bitmap botón “Partir”. X1-cambiando a---> C1 =======>Objeto bitmap botón “Sirena”. X2-cambiando a---> C2 =======>Objeto bitmap botón “Parar”. X6-------->Objeto bitmap =======>Bomba corriendo. X7------ ->Objeto bitmap =======>Ventilador corriendo X10------> Objeto bitmap =======>”Triturador corriendo”. X11------> Objeto bitmap =======>” Correa C1 funcionando”. X12- ----->Objeto bitmap =======>.”Correa C2 funcionando”. X13--------->Objeto bitmap =======>”Correa C3 funcionando”. X14--------->Objeto bitmap =======>”Descarga funcionando”.
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 11 12 13 14 A B C D
11-51
Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 11 12 13 14 A B C D 11-52
X15--------->Objeto bitmap =======>”Presión de aire correcta”. X17--------->Objeto bitmap =======>”Presión de lubricación correcta”. X20--------->Objeto bitmap =======>”Sobrecarga Correa C1”. X21--------->Objeto bitmap =======>”Sobrecarga Correa C2”. X22--------->Objeto bitmap =======>”Sobrecarga Correa C3”. X23--------->Objeto bitmap =======>”Sobrecarga ventilador”. X100--------->Objeto bitmap =======>”Corta alimentación”. (un botón) X101--------->Objeto bitmap =======>”Sobrecarga de bomba””. X102--------->Objeto bitmap =======>”Sobrecarga del triturador”. Ésto se muestra en la figura a continuación:
Como puede notar, el uso de un panel de interface de operador puede mostrar el proceso de una forma mucho más clara que usando solamente indicadores, no se necesitan usar tantas salidas físicas para encender las lámparas de los indicadores, se puede conectar solamente un cable a PLC en vez de hacer un alambrado punto a punto. la pantalla ocupa en espacio menor. Se deja todavía el botón de parada de emergencia principal por razones de seguridad.
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Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
La conexión al PLC es hecha a través del puerto 2, como conexión serial RS-232. Se pueden crear más pantallas con gráficos de tendencia, alarmas, etc. Vea más detalles en el manual del panel C-More. Ejemplo 5: Hagamos ahora un ejemplo en que queremos analizar el comportamiento de señales análogas. Utilizando un transductor de corriente podemos ver el valor de corriente en el motor del triturador y determinar el nivel de mineral en el “Depósito de mineral” en la alimentación para evitar que las correas y el triturador corran vacíos. En ese caso, aceptaremos una señal de menos de 10% del nivel como depósito de mineral vacío y la corriente del motor por 30 segundos menor que 50 % de la corriente nominal indicará que el sistema está corriendo sin mineral. Debe ser generada una alarma. Veamos primero que necesitamos en el sistema. • Un transductor con señal de 4-20 mA que indique el peso del material en el depósito de mineral (u otro similar tal como nivel). 20 mA indica 100% del peso de mineral. • Un transductor de corriente 4-20 mA que indique la corriente del motor del triturador, como medio de indicar el consumo. El motor tiene una corriente nominal de 42 A y el partidor usa un transductor de corriente con relación 0-300A/4-20 mA. A continuacion tenemos un diagrama, que muestra el arreglo de este ejemplo. Los transductores serán conectados a un módulo de entradas análogas instalado en una de las ranuras del PLC DL06, tal como el F0-04AD2DA-1 (Salidas a ser usadas por otras aplicaciones).
Manual del PLC DL06, 2a. edición en español, 6/07
1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 11 12 13 14 A B C D
11-53
Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 11 12 13 14 A B C D 11-54
Este módulo debe ser configurado en el PLC para que el PLC sepa en qué ranura está colocado, en que registros se van a leer los datos y en qué formato van a ser leídos los niveles de señal. Seleccionaremos el rango V1500 hasta V1503, correspondiente a los canales 1, 2, 3 y 4 para leer los datos en BCD. Vea más explicaciones en el programa. V1500 es el nivel de material y V1501 es la corriente del motor Usamos una comparación para determinar que el nivel está a 10% o menor para activar una alarma. Esta salida es directa; en el caso de la corriente del motor del triturador, es necesario colocar un temporizador que cuente al menos 30 segundos para generar esa alarma. Usamos también una codificación para hacer escala para presentar el valor de corrente directamente en décimos de Ampere. A continuación presentamos el diagrama ladder que permite hacer este control. 63
Configuración del módulo de señales análogas
Analog Input/Output Combo Module Pointer Setup ANLGCMB IB-462 K0 Base # (K0-Local) K3 Slot # K4 Number of Input Channels K0 Input Data Format (0-BCD 1-BIN) V1500 Input Data Address K2 Number of Output Channels K0 Output Data Format (0-BCD 1-BIN) V1600 Output Data Address
Este renglon compara el valor en el canal 1 (0- 100% de peso, que equivale a 0- 4095) con el valor 409, que corresponde al valor de 10%, con un pequeno error. Si la comparación es verdadera, se activa el bit C71
V1500
Nivel bajo C71 OUT
K409
64
Este renglón lee el valor en V1501 (corriente del motor), lo multiplica por 3000, y lo divide por 4095; el resultado es colocado en V1510; si el valor de la corriente es por ejemplo, 6 mA, esto se traduce a un valor de 511 unidades; 511 multiplicado por 3000 y dividido en 4095 resulta en 375, que significa 37.5 A, que es el valor de corriente en Ampere. Se usa K3000 para usar un decimal mas y dar un valor mas exacto _On SP1
LD
65
V1501 MUL K3000 DIV K4095 OUT Ampere trituradr V1510 Note que el renglón es verdadero cada vez que la comparación muestra que la corriente está debajo de 21.0 A ( 50% del valor nominal). El temporizador T51 cuenta los segundos que este renglón es verdadero;; si es menos de 30 segundos, se resetea a sí mismo. Si queda verdadero por mas de 30 segundos, el temporizador activa C72 en el proximo renglón.
Ampere trituradr V1510
TMR K210
66
T51 K300
C51 67
Manual del PLC DL06, 2a. edición en español, 6/07
Carga alta C72 OUT
Capítulo 11: Recopilación y ejemplos Ejemplo 6: Digamos que queremos controlar el flujo de material de la correa alimentadora C1 ajustando la velocidad en un rango de velocidad de 40 a 100% y para eso colocaremos un controlador en el motor de la correa. Éste tendrá un variador de frecuencia GS2-23P0 en el motor de la correa. Este variador de frecuencia será conectado como esclavo en una red MODBUS RS-485. El PLC usará el puerto 2 para transmitir la información. Instalaremos el variador de frecuencia cerca del motor para evitar problemas en la transmision de datos. Si se ha ocupado el puerto 2 del PLC DL06 para otro uso, se podría usar un módulo D0-DCM para usarlo como maestro en la red al variador. Vea mas datos del variador de frecuencia en el manual que existe en espanol en nuestro sitio de Internet. Necesitamos escibir a los registros de la referencia de velocidad, dirección 42331, y al registro de comando de partir y parar, en la dirección 42332. Los otros parametros tales como aceleracion, datos del motor, etc, se colocan directamente en el variador. Solamente le informaremos al variador cuando partir y parar y a qué velocidad. El maestro es el PLC DL06
y el puerto 2 debe ser configurado para trabajar con el protocolo MODBUS RTU y debe definirse la velocidad de transmisión, el tratamiento de la falla de comunicación y en general los demás datos de comunicación. Esto se hace con el programa DirectSOFT, como se muestra a continuación. La configuración del puerto 2 se podría hacer por código ladder, para evitar que se pueda perder esta configuración si faltara la energía electrica por más de 4 días y no se ha instalado una batería en el PLC.
Manual del PLC DL06, 2a. edición en español, 6/07
1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 11 12 13 14 A B C D
11-55
Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 11 12 13 14 A B C D 11-56
Estando conectado el PLC a la PC com DirectSOFT, vaya al menú PLC, luego SETUP y por último “Setup sec. comm port...”. Aparecerá el diálogo mostrado en la figura adyacente. Coloque los datos como mostrado en la figura y asegúrese que los mismos datos está colocados en el variador de frecuencia. Luego es necesario crear el código ladder para permitir que la información sea transmitida. El valor de referencia para velocidad es dado por el panel de pantalla táctil C-more, en % en el registro V4000, como valor BCD de 16 bits. Debemos transformar ésto a frecuencia. También, el minimo valor es 40%. Eso será ejecutado en el Panel C-more y solamente esperamos un número entre 40 a 100%. Esto corresponde a frecuencias entre 20 a 50Hz. El variador de frecuencia acepta valores decimales (no BCD) y en décimos de Hz. Por lo tanto debemos hacer una operación en el PLC para transformar el valor en % en frecuencia. Eso es fácil multiplicando el valor por 5 (100x5=500, que es la frecuencia máxima). Colocaremos ese valor en V4010. Recuerde que habíamos controlado el motor con la salida Y1. Esta salida aún puede ser usada para colocar los datos en el puerto 2 para la transmisión. Cuando se activa, el variador de frecuencia debe partir y cuando se desactiva debe parar. Este bit debe colocar un 1 en la memoria designada para tener este dato, cuando se parte, que por conveniencia lo haremos en V4011. Cuando debe parar, el valor en V4011 debe ser 0. Vea en el código a continuación como ésto fue implementado en DirectSOFT. _On SP1
LD SP % V4000
68 MUL
K5 BIN
OUT
El valor de referencia que viene del panel del operador es multiplicado por 5, transformado a formato binario y colocado en V4010
SP frecuencia V4010
Correa C1 ON Y1
LD K1
69 OUT
Cuando la correa C1 debe partir, V4011 recibe el contenido de 1 (ON).
PARTIR(parar) V4011
Correa C1 ON Y1
LD K0
70 OUT
PARTIR(parar) V4011
Manual del PLC DL06, 2a. edición en español, 6/07
Cuando la correa C1 debe parar, V4011 recibe el contenido de 0 (OFF).
Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
Puerto 2 ocupado SP116
Escribe a GS2 C200
71
MWX K2 Port Number : K3 Slave Address : 16 - Preset Multiple Registers Function Code : 42331 Start Slave Memory Address : V4010 Start Master Memory Address : 2 Number of Elements : 584/984 Mode Modbus Data type : V17000 Exception Response Buffer : Escribe a GS2 C200 SET
Puerto 2 ocupado SP116
Escribe a GS2 C200
72
MRX K2 Port Number : K3 Slave Address : 03 - Read Holding Registers Function Code : 48449 Start Slave Memory Address : V4000 Start Master Memory Address : 12 Number of Elements : 584/984 Mode Modbus Data type : V17100 Exception Response Buffer : Escribe a GS2 C200
MWX escribe dos registros desde el PLC en formato binario :. . . V4010=> V42331 V4011=> V42332 El bit C200 se hace ON cuando la instruccón comienza a ser ejecutada. Esto dura mas de un barrido La instrucción MRX lee desde los registros de GS2 hacia el PLC 48449=> V4010 48450=> V4011 por 12 registros consecutivos. Vea abajo
RST
_On SP1
T30
TMRF T30
73
K1000
T30
LD
74
CTA30 OUT Escrituras/10 s V4100
Escribe a GS2 C200 75
Cada 10 segundos se transfiere el conteo del contador CT30 a V4100
CNT
CT30 _FirstScan SP0
K9999
T30
76
Este temporizador crea un pulso cada 10 segundos
El contador CT30 cuenta cuantas veces cada 10 segundos se cierra C200. Ésto permite saber cuantas veces por segundo se escribe al aparato GS2 y determinar el periodo de la transacción
END
Este simple programa permite escribir datos al esclavo 142 veces cada 10 segundos, o 14,2 veces por segundo, cada 70 milisegundos. Esta es la tasa de transferencia con una velocidad de transmisión de 19,2 kbps, para este ejemplo específico. Por otra parte, el PLC tiene un barrido promedio de 4 ms con 76 renglones, como hecho arriba. Aquí se puede ver que las transacciones duran más de un barrido del PLC. Las lecturas colocan los datos del estado del variador de frecuencia GS2, así como también la frecuencia de referencia y de salida, la corriente de salida, el voltaje de la barra de corriente continua, el voltaje de salida, el valor estimado de rpm del motor, un valor a escala de la frecuencia, el ángulo del factor de potencia y el porcentaje de carga estimado. Estos valores se pueden mostrar en el panel del operador o hacer uso de los valores para otras funciones.
Manual del PLC DL06, 2a. edición en español, 6/07
1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 11 12 13 14 A B C D
11-57
Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 11 12 13 14 A B C D 11-58
Ejemplo 7: Control de un nivel de un tanque de agua usando simulación con números reales. Este ejemplo considera un lazo de control PID para controlar el nivel de un tanque de agua cilídrico, que tiene un consumo variable, y una alimentacion con una bomba centrifuga activada por un variador de frecuencia. El nivel se mide con un transductor de salida 0-10 Volt.
PLC
Nivel deseado (SP) 28945 Litros
Variador de frecuencia
En este ejempo se ha simulado el nivel del lazo de control usando código ladder. La variable de proceso es el nivel del tanque, definido como 0-4095 unidades en V7003 (mm). La referencia de nivel es dado en V7002, en mm, las mismas unidades que la variable de proceso. La salida del PID es expresada en 0-4095 unidades (pero 1750 es 100% de velocidad). El consumo o perturbación (cantidad de agua que sale del tanque) está definida en V6010, en el rango 120-620 litros por minuto; es decir, siempre hay un consumo variable de por lo menos 120 L/m. El tanque tiene un diámetro de 3 metros y contiene hasta 28945 litros. Por lo tanto, la altura máxima es de aproximadamente 4.09 metros (o 4095 milimetros). La bomba puede entregar hasta 1200 litros por minuto, de modo que se llena en 26.8 minutos si se comienza desde que el tanque esté vacío y el consumo sea 120 litros por minuto. La bomba gira a un máximo de 1750 rpm. La relación adaptada entre el caudal de la bomba y la velocidad del motor es: Q [litros/minuto] = 1200*n2/17502 siendo n la velocidad de la bomba en rpm. La tabla de PID está en V7000. La tabla de ramp/soak está en el rango V5000 hasta V5037 The PLC tiene un módulo de entradas y salidas como definido anteriormente, con señales de 0- 10 Volt. El transductor de presión entrega una señal de 0 -10 Volt, que corresponde a una señal interna en V2000, de 0- 4095. La salida tambien será de 0-10 Volt, y para eso es necesario
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Capítulo 11: Recopilación y ejemplos colocar una señal del control de la velocidad del motor escribiendo en la memoria V2010. Antes de ejecutar el programa, es necesario configurar el lazo PID, de la siguiente forma:
Abra el diálogo de setup PID Conéctese al PLC. Haga clic en el menú PLC, luego en Setup y por último en PID. Aparece el cuadro de diálogo PID Table address, como se muestra en la figura adyacente. Este diálogo le permite definir en que registro comenzará el grupo de parametros de los lazos PID.Cuando haya definido los dos valores que necesita, haga clic en el botón Update and Exit, lo que salva la localización de los parámetros y la cantidad de lazos. En este caso elegiremos V7000 y 1 lazo de control. Cuando hace clic en el botón indicado, aparecerá el cuadro de diálogo como se muestra en la figura adyacente. Observe que hay “lengüetas” que seleccionan diversos campos. Por defecto viene en Doc. Coloque el título del lazo en el campo Title, y comentarios en el campo Comments. Esto es opcional. Luego hay otra lengüeta llamada Configure. Este diálogo le muestra como selecionar las características del algoritmo PID a ser usado. En este caso, sabemos que debe ser colocado como se muestra en la figura adyacente. Vea más explicaciones en el capítulo 8. En este caso, la acción directa (Forward acting) es necesaria. Si el error ( SP-PV) aumenta, la variable de proceso PV aumentará. Usaremos un tiempo de muestreo (sampling time) de 1 segundo, ya que no es necesario hacer el lazo más rápido. Usamos también common format, ya que la entrada y salida tienen el mismo formato (12 bits, BCD).
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Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
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Luego debe seleccionar la lengüeta SP/PV. Note que las direcciones de estos valores han sido ya seleccionadas. Aquí, en ese caso, no es necesario cambiar ningún valor. Note que es posible seleccionar la raíz cuadrada (SQUARE ROOT) de la variable de proceso. Esto se hace en el caso de, por ejemplo, placas orificio, que miden presión para determinar flujo. La próxima lengüeta es la lengüeta Output (Salida de control) que configura como será el valor numérico de la salida del controlador PID. En el campo Upper limit seleccionaremos el valor 4095, en este caso, para limitar la salida al valor máximo que acepta el módulo de salida. Puede ser que se quiera que la velocidad mínima de la bomba sea de 20%; en ese caso seleccionaríamos un limite inferior. Pero no es necesario en este caso. No hay otro ajuste que hacer en este caso. Note que siempre el valor límite máximo es 0, por defecto, y si no se coloca un valor diferente, la salida del lazo PID no trabajará. La próxima lengüeta es la lengüeta Tuning (sintonización del lazo) que configura los valores de ganancia proporcional (Gain) y el valor integral (Reset), que son determinados posteriormente, cuando ya esté conectado el sistema de bombeo al PLC. Por ahora, colocaremos el valor 1 en la ganancia y 99 segundos en el reset. No usaremos el factor derivativo. Se puede considerar el uso de freeze bias, pero no lo usaremos en este caso. El lector puede probar el efecto de este acción. Como se hará una simulación, mostraremos ésto como si fuera una salida física. Salve los resultados haciendo clic en el botón indicado aquí. La próxima lengüeta es la lengüeta Alarms (alarmas del lazo) que configura los valores límites alarma para este lazo específico, Cada alarma genera un bit activado en uno de los registros de Manual del PLC DL06, 2a. edición en español, 6/07
Capítulo 11: Recopilación y ejemplos parámetros del lazo PID. Vea mas detalles en el capítulo 8. No cubriremos ésto en este ejemplo. Por último viene la lengüeta Ramp/Soak, que es la programacion de hasta 8 segementos de valores de referencia. Analizaremos este asunto más adelante. Usaremos esto solamente para mostrar como funciona el ramp/soak. A continuación mostraremos como se hace el programa ladder para interactuar con el lazo PID y como se hace la simulación; V2000 lee los rpm del variador de frequencia. V2010 es el valor que genera la referencia de frecuencia en el variador de frecuencia. Usaremos un panel de interface de operador EA7-T10C, para entregar el nivel deseado en V7002 (SP), que es la variable en el lazo PID que acepta el valor de referencia, así como también los comandos de partir y parar la bomba y de como cambiar del modo Manual a Automático o viceversa. En este ejemplo, usamos números de punto flotante, conocidos como números reales. Recordemos que, en realidad, es una representación de un número real, pero éste tiene algnn error de truncado, que es pequeño, pero hace que el cálculo no sea exacto. En este caso, el error no es importante. Lo que se hace primeramente en el programa es configurar el módulo de señales análogas con la instrucción ANLGCMB en el renglón 1. El renglón 2 define constantes en el primer barrido del PLC, usando SP0. El renglón 3 genera un pulso cada segundo, para minimizar el tiempod e barrido promedio. Note que se have un enclavamiento con el momento en que el algoritmo del lazo PID se ejecuta.Luego se programa en el renglón 4 el consumo de agua en litros por minuto. ya que la entrada está en el rango 0-4095, se multiplica por el factor 500/4095 = 0.1221 para obtener litros por minuto, y luego se le agrega 60, para poder considerar que el cosnumo será al menos 60 litros por minuto. El renglón 5 lee los rpm desde el variador de frecuencia, como señal 0-10 Volt, que es leído en el rango 0-4095, lo transforma en rpm con el factor 1750/4095= 0.42735. Luego es elevado al cuadrado para considerar la fórmula de flujo, y se obtiene el flujo en litros por minuto en la memoria V6000, como número de punto flotante. El renglón 6 calcula el aporte de agua neto, ya que se alimenta el tanque con la bomba, pero al mismo tiempo hay agua saliendo del tanque. El aporte se coloca en V6016, en litros por minuto, pero se transforma en litros por segundo, para permitir el cálculo del volumen de agua en el tanque, a ser hecho posteriormente. El renglón 7 calcula el volumen del tanque en litros. El aporte se coloca en V6016, en litros y por facilidad de supervisión con Data View, se coloca también en V6032. El renglón 8 compara el volumen de agua con la capacidad del tanque. El renglón 9 recibe el resultado de la comparación y se coloca en la memoria el maximo valor que el tanque puede contener, para simular rebalse del tanque. El renglón 10 hace el cálculo del nivel directamente en milímetros y el resultado es colocado en V6040; este valor tiene el formato de número de punto flotante. Este valor se transforma en valor decimal con la instrucción RTOB y se coloca directamente en V7003, la dirección del lazo PID que acepta la variable de proceso.
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Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
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Otro asunto a considerar es el comando de partida y parada de la bomba. y también como comandar cuando el lazo de control va al modo Manual o al Automatico. En Manual, el algoritmo que calcula la salida del lazo de control no es ejecutado. En Automático, la salida debe afectar el lazo de acuerdo a lo programado y hay una salida de control que depende del error (SP-PV) y de los valores de ganancia y de reset. Usaremos botones en el panel de interface del operador para partir y parar la bomba, así como también para pasar de Manual a Automático. Se muestra en el diagrama ladder como se programa esta función. Vea a continuación el diagrama ladder correspondiente: SET
B7033.0 SET
Configuración del modulo de entradas y salidas analogas F-2AD2DA-2, Analog Input/Output Combo Module Pointer Setup ANLGCMB IB-462 Base # (K0-Local) K0 Slot # K4 Number of Input Channels K1 Input Data Format (0-BCD 1-BIN) K0 Input Data Address V2000 Number of Output Channels K1 Output Data Format (0-BCD 1-BIN) K0 Output Data Address V2010
1
_FirstScan SP0
Definición de constantes LDR
2
R1750 OUTD RPM nominal V6100 LDR R60 OUTD segundos/minuto V6102 Hacemos el calculo cada segundo, porque no es necesario mas rapido, ya que el alzo PID trabaja a 1 segundo; se coloca el enclavamiento con el PID, para no ejecutar las dos operaciones en el mismo tiempo, para tener menos tiempo de barrido promedio. _1Second SP4
PID clock B7000.8
C100 PD
3 Aqui se transforma el valor crudo del consumo en unidades de Litros por minuto y a numero real LD C100
Consumo agua V2001
4 BIN BTOR MULR
R0.1221 ADDR R120 OUTD Consumo L/m V6014
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Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
Calculo del flujo de la bomba en litros por minuto y en valores reales C100
LD
5
V2000 BIN BTOR
V2000 es transformado en RPM y el resultado colocado en V2020. Luego se hace la fórmula Q [L/m]=1200x n2/17502; el resultado se coloca en V6000, como punto flotante.
MULR R0.42735001 OUTD Referencia RPM V2020 MULR Referencia RPM V2020 MULR R1200 DIVR RPM nominal V6100 DIVR RPM nominal V6100 OUTD Fujo bomba L/m V6000
Calculo de la diferencia entre la alimentación de agua y la descarga (aporte real) para calcular el volumen de agua LDD C100
Fujo bomba L/m V6000
6
SUBR Consumo L/m V6014 OUTD Aporte/minuto V6016 DIVR segundos/minuto V6102 OUTD Aporte/segundo V6020 P
2
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Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
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Calculo del volumen del tanque LDD C100
Volumen [L] real V6030
7
ADDR Aporte/segundo V6020 OUTD Volumen [L] real V6030 RTOB OUTD Volumen decimal V6032 Comparación del volumen de agua; el resultado se usa en el renglon siguiente para simular rebalse del tanque. C100
LDR
8
R28930 CMPR Volumen [L] real V6030 Si el volumen es mas grande que 28930 litros, se fuerza a tenr un volumen de alrededor de este valor; naturalmente el un caso real, el agua sale del tanque, ya que no puede contener mas agua. C100
SP60
9
LDR R28930 OUTD
C100
SP61
Volumen [L] real V6030
Calculo del nivel de agua, en milimetros. LDR C100
Volumen [L] real V6030
10 DIVR
La altura de agua corresponde al volumen de agua dividido por el area circular del tanque. El area del tanque es 7.0685 m2 El resultado se obtiene en milimetros.
R7.0685835 OUTD nivel V6040 RTOB OUT PV en mm V7003
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Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
Este renglon copia el valor de salida de control generado con el algoritmo PID a la memoria V2010, que es la memoria que corresponde a la salida 1 del modulo analogo. LD C100
CV V7005
11 BCD OUT
V2010
Partir bomba C10
PARAR bomba C11
12
Bomba corriendo Y10 OUT
Bomba corriendo Y10
Manual C20
Automático C21
B7000.0 SET
13
Automático C21 14
Manual C20
Bomba corriendo Y10
B7000.1 SET
No se ha colocado la instrucción END porque el programa sigue posteriormente para mostrar el uso de la función ramp/soak. Note que hicimos, de propósito, cálculos sin usar Iboxes, para demostrar como se hace el cálculo con versiones de DirectSOFT anteriores a version 5. Naturalmente los cálculos pueden ser hechos con Iboxes. Se puede ver que el tiempo de barrido promedio es de 3 ms, con lo cual conseguimos el objetivo. Ésto no es importante en este caso, pero sirve para mostrar trucos para acortar el tiempo de barrido. Teniendo el programa hecho, asumiremos que la salida del módulo de señales análogas y la entrada son equivalentes en RPM y por lo tanto conectaremos la salida 0-10 Volt a la entrada 0 -10 Volt. En la práctica, esto se conectará directamente al variador de frecuencia.
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Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
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Sintonización (Tuning)
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Corresponde hacer la sintonización (tuning); haremos el método de sintonización automática. Para eso colocaremos el valor de la variable de proceso (PV) lo mismo que el valor de referencia (SP), por ejemplo, en 3000 mm, usando los valores de ganancia y de reset que habiamos definido anteriormente. Usamos PID View y DataView para ayudar al proceso. Colocamos en funcionamiento la bomba y cambiamos el modo desde Manual (que es el valor por defecto) a Automático (Auto), con ayuda del panel de interface de operador, si es que está conectado, o con Data View, o aún con la ventana de PID View. Ud puede, en este caso, cambiar el modo directamente en el campo Mode haciendo clic en la flecha de menú al lado derecho del campo Mode.
Como se ve en la figura de arriba, Data View puede colocar los valores que interesan para observar el proceso. Con Data View se pueden forzar otros valores, se puede cambiar el estado de los bits C, etc. El diálogo PID View permite visualizar la variable de proceso PV, el valor de referencia (SP) , la salida de control CV y el bias, convenientemente en varios rangos de tiempo, hasta 200 segundos por división. También es posible cambiar valores y modos y es una herramienta indispensable para sintonización.
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Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
La próxima acción es activar el “autotuning”o sintonización automática; para eso usamos el campo Autotune; seleccionamos el método closed loop, el modo PI (no es necesario el efecto derivativo en este caso), colocamos una referencia más alta que la variable de proceso, por ejemplo, 3400 y se hace clic en el botón Start Tuning para que que el PLC comience a determinar los valores de ganancia y de reset aplicando escalones de referencia. Ésto toma cierto tiempo. En este caso tomó unos 5 a 8 minutos debido a que el actuador (la bomba) es relativamente pequeña. El diálogo de PID View avisa cuando al proceso acaba diciendo “Autotune complete, check PID parameters”. En general, la determinación de los valores de ganancia y reset son adecuados para la operación estable del control. Esta determinación es un valor calculado por el PLC considerando el atraso de la señal y la inclinación de la rampa producida por la variable de proceso al imponer referencias escalón por el PLC, durante este procedimiento.. Este valor no es el óptimo, sino es el que el PLC cree que es el mejor valor. Otras veces es necesario hacer una sintonización “manual”, para mejorar esos valores. El procedimiento para hacer esta operación está explicado en el capítulo 8 de este manual. Observe las otras figuras que se muestran a continuación. En esta figura se vé cuando el proceso de determinación de los valores ha terminado y aparece al lado del botón Start Tuning el mensaje que ha terminado la sintonización. La próxima acción es verificar que el lazo de control trabaja en todo el rango. Por eso se han probado otros
Aviso de que ha terminado la sintonización
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Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
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puntos de referencia y se ha cambiado el consumo de agua, del máximo al mínimo. Se espera que el nivel del tanque se mantenga en aproximadamente 3800 mm. Por eso se ha probado en el entorno de este valor con valores de 3200, 3400 y 3800 mm. Las figuras muestran que el comportamiento es razonable. Aún existe “overshoot” y la variable de proceso se estabiliza en unos 200 segundos. En este caso no tiene
importancia, pero puede haber casos en que sea necesario no tener ningón “overshoot”. También, en otros casos, la respuesta debe ser más rápida y para eso, naturalmente, el actuador debe proporcionar mas correción (la bomba debe tener mas capacidad de bombeo, es este caso). El muestreo del control PID puede ser ajustado hasta 50 milisegundos, (lo que permite hacer que el PLC DL06 calcule la salida hasta 20 veces por segundo).
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Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
Uso de ramp/soak Veamos ahora un ejemplo de uso de ramp/soak. recordemos que esta función es la programación de la referencia del lazo PID variable durante el tiempo. Para programar estos tiempos, se usa el diálogo de Setup PID, en la lengüeta de R/S. Vea la figura adyacente para las próximas explicaciones: Consideraremos en la primera etapa que la primera rampa es de 50 segundos (0.83 minutos) yendo de donde se encuentre la variable de proceso hasta 3600 mm. Luego tendremos un valor fijo de 2 minutos (soak), Luego viene la segunda etapa, con 1 minuto de rampa y 3 minutos de soak en el valor 3800 . Y así sucesivamente. Es necesario hacer código ladder para poder partir y parar esta función. Eso se hace de la forma mostrada en el diagrama siguiente: p
p
Los próximos renglones permiten activar o desactivar la función de ramp/soak Partir R/S X100 15
Congela R/S X101 16
Reanuda R/S X102 17
Habilite R/S X107 18
19
B7033.0 SET
B7033.1 SET
B7033.2 SET
B7033.11 OUT
END
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Capítulo 11: Recopilación y ejemplos
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Note que hemos usado las entradas X100 hasta X107. La razón de eso es que hemos usado el módulo D0-08SIM, que permite simular entradas. Naturalmente pueden ser usadas las entradas X0 hasta X23, u otras del tipo C0, que hayan sido consideradas con el panel de interface de operador. Vea en la próxima figura el resultado de esta función. Más explicaciones pueden ser encontradas en el capítulo 8.
Observaciones de la figura de arriba, con ramp/soak:
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Note que la referencia sigue la programación de la variable de proceso. Inicialmente el valor de referencia estaba en 3350 mm. Cuando se activó la función ramp/soak la salida cambió para activar la bomba para dar mas flujo para que la variable de proceso siga la referencia. Eso es posible sin problemas en la subida. En la disminuición del valor de referencia, el consumo, aunque sea el máximo, no permite que la variable de proceso siga la referencia, porque, aunque la salida se vaya a cero (bomba parada) el volumen del tanque no disminuye tan rápido como es deseado. Esta es una consideración importante en los lazos de control PID.
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Capítulo 11: Recopilación y ejemplos Note también, en la próxima figura, que cuando la variable de proceso llega al valor de referencia, la bomba comienza a girar a la velocidad tal que compensa el consumo, es decir, 1589 rpm equivalentes (1859/4095x1750). Esta es una excelente solución, económica, para mantener el nivel del agua en el tanque a la altura deseada en función del tiempo. Este proceso de control PID también es una mucha mejor solución que hacer que la bomba parta y pare en función de 2 presostatos en el tanque.
Esto termina los ejemplos que han sido desarrollados en este capítulo. Esperamos que sean de utilidad para aprender a programar el PLC DL06. Depende de la inteligencia del programador hacer el programa de modo que haga las funciones deseadas, que se pueda entender, dependiendo de cuán bien sea documentado el diagrama. Existen muchas posibilidades de programación y un pograma es válido cuando hace las funciones que se necesitan, con el mínimo de codificación, con un tiempo de barrido aceptable. Es muy conveniente que se pueda entender por otras personas. Por eso debe colocarse información en el diagrama. Note, por otra parte, que la documentación no se almacena en el PLC; solamente es almacenado el diagrama ladder en el PLC. Toda la documentación se almacena en la memoria del disco de la computadora. Manual del PLC DL06, 2a. edición en español, 6/07
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