Practica 4 Control de velocidad discreto.pdf

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE HIDALGO ESCUELA SUPERIOR DE TIZAYUCA

PROGRAMA EDUCATIVO DE INGENIERÍA EN TECNOLOGÍAS DE AUTOMATIZACIÓN

PRACTICA 4: CONTROL DE VELOCIDAD DE UN MOTOR TRIFÁSICO POR SEÑALES DISCRETAS .

ASIGNATURA: PLC LENGUAJE ESCALERA

PROF.: M. EN C. JOSÉ CARLOS QUEZADA QUEZADA

REALIZADO POR: JUAN TAPIA SUAREZ

5° SEMESTRE

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ÍNDICE Introducción........................................................................................................... 3 Objetivo General. ................................................................................................... 3 Objetivos Específicos ........................................................................................... 3 Reactivos/insumos, materiales/utensilios y equipos ......................................... 4 Desarrollo de la Actividad Práctica ..................................................................... 4 Descripción del Problema ....................................................................................... 4

Especificaciones técnicas de los dispositivos usados durante la actividad práctica .................................................................................................................. 5 Motor Baldor M3615T-8 .......................................................................................... 5 GE Fanuc 90-30 PLC .............................................................................................. 8 Descripción del algoritmo propuesto así como las combinaciones de contactos usadas para las velocidades del motor de señales discretas ................................ 10 Conexión a la parte de potencia del sistema de control ........................................ 11

Conclusión ........................................................................................................... 13

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Introducción El control de motores de corriente alterna mediante un “driver” (Controlador de velocidad electrónico) se puede realizar con en PLC. Para la presente práctica el control será discreto. Control de velocidades predeterminadas requiere de la combinación de la activación o desactivación de tres contactos en la tablilla de control del driver. La configuración de control por velocidades predeterminadas se configuran en el driver, el cual requiere de energía eléctrica trifásica a 240 VCA, lo que implica verificar que la conexión del motor también este para la misma magnitud de voltaje. Figura 4.1 muestra el sistema de control de velocidad discreto. Se debe verificar en el manual del driver las combinaciones correspondientes.

Objetivo General Diseñar un algoritmo de control en diagrama escalera utilizando lógica de relevador para el control de velocidades predeterminadas de un motor de corriente alterna trifásico.

Objetivos Específicos   



Configuración de driver para velocidades predeterminadas. Configurar hardware de sistemas PLC. Realizar conexiones eléctricas a módulos de entradas, salidas digitales y tablilla de driver. Desarrollar un algoritmo de control en LD de velocidades predeterminadas.

3

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Reactivos/insumos, materiales/utensilios y equipos

Desarrollo de la Actividad Práctica Se requiere diseñar un algoritmo de control en LD para controlar la velocidad de un motor de CA a través de un driver.

Descripción del Problema Se requiere diseñar el algoritmo de control que interconectado a un driver controle las velocidades predeterminadas en la configuración del driver para un motor trifásico de 240 VCA, la Fig. 4.2 muestra el diagrama general del sistema.

Fig. 4.2. Sistema de control de velocidades programadas.

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Prerrogativas formales (las informales ustedes las pueden indicar): 1. El sistema debe contemplar un paro de emergencia. 2. El sistema debe contemplar dos botones de tipo instantáneo (pushbottom) para el arranque y paro del motor. 3. Opción 1: con base a la combinación de los interruptores el sistema tome la velocidad correspondiente. 4. Opción 2: puede realizarse con lógica de flip flop; SET (S) y RESET (R). 5. Prerrogativas informales  – ¿Qué mejoras proponen al sistema de control de velocidades predeterminadas?

Especificaciones técnicas de los dispositivos usados durante la actividad práctica Motor Baldor M3615T-8 5HP, 1745RPM, 3PH, 60 HZ, 184T, 3634M, TEFC, F1 Precio de lista

718.00 USD

Multiplicador Símbolo

L1

Peso de la nave

76 LB

UPC

781568118122

ESPECIFICACIONES 



 

Fase 3



Velocidad síncrona 1800 rpm



Frecuencia 60 Hz



Voltaje 200 V



 

C aja TEFC



Material del marco Acero



 

M arco 184T



División XP No aplicable



Marca Baldor-Reliance

Salida de 5.000 CV 

Agencia

Homologaciones CSA

UR 

Temperatura ambiente 40 ° C



Auxillary Box No Auxillary Box



Auxillary caja de plomo Terminación Ninguno



Indicador Base Rígida



Tipo de rodamiento Grasa POLYREX EM (20F + 300F)

5



Soplador Ninguno



Corriente 15.5 A

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

Código Diseño B



Longitud total 16.54 en



Goteo Cubierta No Drip Cubierta



Factor de potencia de 79



Deber Clasificación CONT



Familia de Productos de uso general



Eficiencia @ 100% de carga de 87,5%



Polea End Tipo de rodamiento de bola de



Teniendo eléctricamente aislada No aislado

cojinete

eléctricamente



Polea Cara Código Estándar



Feedback Dispositivo No hay opiniones



Polea del eje indicador Standard



Código de la cara frontal estándar



Pantalla Roedor No Roedor pantalla



Frente Eje Indicador Ninguno



Factor de Servicio 1.15



Calentador Indicador No hay calefacción



Diámetro del eje 1.125 en



Alto voltaje de carga completa Amps 15.5 A



Eje de Extensión Ubicación Polea Fin



Aislamiento Clase F



Eje de tierra Indicador No Eje de conexión a



Código inversor no inversor



Código KVA J



Eje de rotación reversible



Cáncamos No hay agarraderas de elevación



Eje Slinger Indicador No Slinger



Teniendo Cerrado Indicador Teniendo Sin



Velocidad de 1745 rpm



Código de velocidad Velocidad Individual

tierra

Bloqueado 

El plomo Motor Salir KO Box



A partir Método DOL



El plomo Motor Tamaño Cantidad / Cable 3



Dispositivo Térmico - Teniendo Ninguno



Dispositivo Térmico - Winding Ninguno



Vibración Indicador del sensor Sin sensor de

@ 14 AWG 

Motor de terminación plomo Flying Leads



Motor Normas NEMA



Tipo Motor 3634M



Montaje Disposición F1



Número de polos 4

la vibración 



6

Winding térmica 1 Ninguno Winding

térmica

2 Ninguno

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BALDOR

Temperatura Ambiente de Operación:

Control Inversor Serie 15J

Reducir la capacidad de Salida en 2% por cada

Gabinete: NEMA 1: Modelos (con sufijo) ER Humedad: NEMA 1: Hasta 90% de HR sin condensación  Altitud: Nivel del mar hasta 3300 pies (1000 metros) Reducir la capacidad en 2% por cada 1000 pies (303 metros) sobre los 3300 pies (1000 metros) Choque: 1G Vibración: 0.5G a 10Hz hasta 60Hz

Display del Teclado :

Display [Visualizador] LCD Alfanumérico con Fondo Iluminado 2 Líneas x 16 Caracteres Teclas Teclado tipo membrana con respuesta táctil Funciones Monitoreo del estado a la salida Control digital de velocidad  Ajuste y visualización de parámetros Visualización del registro [lista] de fallas Marcha y jog [avance] del motor Local/Remoto Indicadores LED Mando [comando] de marcha adelante Mando de marcha reversa Mando de parada [paro] Jog activo Teclado de Montaje Remoto Opcional Hasta un máximo de 100 pies (30.3 m) del control

Especificaciones: Potencia 0.33-1HP @ 115VCA 1-3 HP @ 230VCA 1-5 HP @ 460VCA Impedancia de Entrada 1% Voltaje de Salida 0 a VCA de Entrada Máx. Corriente de Salida Ver la Tabla de Valores Nominales Frecuencia de Salida 0 to 120Hz Factor de Servicio 1.0 Servicio Continuo Capacidad de Sobrecarga Modo de Par Constante: 200% por 2 segundos 150% por 60 segundos Frequency Setting Teclado, 0 –5 VCC, 0 –10 VCC, 4 –20mA, 0 –20mA Frequency Setting Potentiometer 5k_ ó 10k_, 1/2 Watt Rated Storage Temperature:  – 30 C a +65 C

Especificaciones del Control: Método de Control Entrada de onda sinusoidal portadora, salida PWM Precisión de la Frecuencia 0.01Hz Digital 0.05 % Analógica Resolución de la Frecuencia 0.01Hz Digital 0.5% Analógica Frecuencia de Portadora 2.5, 5.0 y 7.5kHz Tipo de Transistor IGBT (Transistor Bipolar de Compuerta [Puerta] Aislada) Tiempo de Subida del Transistor 2500 V/_seg. (dv/dt) Refuerzo de Par Ajuste automático a la carga (Estándar) 0 a 15% del voltaje de entrada (Manual) Configuración de Voltios/ Hertz Lineal, Cuadrada Reducida, Tres Puntos Tiempo de Acel/Desacel 0 a 600 seg. para 2 asignables más JOG Tiempo de Curva –S 0 a 100% Frecuencia Base 10 a 120Hz Par de Frenado Regenerativo 50% con resistor de frenado externo opcional ( –ER) Frecuencia de Jog 0 a Frecuencia Máxima Salto de Frecuencia 0 a Frecuencia Máxima en 3 zonas Frecuencia Mínima de

Condiciones de Operación : Voltage Range: 115 VCA Models 230 VCA Models 460 VCA Models 90-132 VCA 1_ 60/50Hz 180-264 VCA 3_ 60Hz/50Hz 340-528 VCA 3_ 60Hz/50Hz Impedancia de Línea de Entrada: 1% requerido como mínimo

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Salida 0 a 150Hz Frecuencia Máxima de Salida 0 a 150Hz  Autoreiniciación Manual o Automática Compensación de Deslizamiento 0 a 6Hz Modos de Operación Teclado

Marcha Estándar 7 Velocidades Ventilador/Bomba, 2 Conductores [Cables] Ventilador/Bomba, 3 Conductores Control de Proceso  Analógico de 3 Velocidades, 2 Conductores  Analógico de 3 Velocidades, 3 Conductores Potenciómetro electrónico [EPOT], 2 Conductores Potenciómetro electrónico [EPOT], 3 Conductores

GE Fanuc 90-30 PLC El PLC Series 90-30 es muy versátil porque (1) es programable, y (2) se compone de una amplia variedad de componentes conectables entre sí. Por tanto, seleccionando los componentes adecuados y desarrollando el programa apropiado, el PLC puede ser utilizado en una variedad de aplicaciones prácticamente ilimitada. A pesar de que existen numerosas opciones para los diferentes componentes de hardware que se pueden utilizar en un sistema, éstos se agrupan en sólo unas cuantas categorías. A cada una de las categorías de componentes se le ha dedicado un capítulo separado en este manual, donde es tratada en detalle. Este capítulo le ofrece una introducción a las mismas, con el fin de mostrar cómo se acoplan entre sí: Placas base 

Fuentes alimentación

de

  CPUs





Módulos de E/S



Módulos opcionales

  Cables



Placas base Las placas base son el fundamento del PLC ya que la mayoría de los demás componentes está montada en las mismas. Como mínimo básico, cada sistema dispone al menos de una placa base, que normalmente contiene la CPU (en cuyo caso se denomina “placa base de CPU”). Muchos sistemas requieren un mayor número de módulos de los que se pueden montar en una placa base, por tanto hay también placas base de expansión y remotas que se conectan entre sí. Las tres categorías de placas base, CPU, expansión y remota, están disponibles en dos tamaños, de 5 slots y de 10 slots, denominadas así de acuerdo al número de módulos que pueden contener.

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Módulos de fuente de alimentación Cada placa base debe poseer su propia fuente de alimentación. La fuente de alimentación va siempre montada en el slot del extremo izquierdo de la placa base. Existen varios modelos de fuentes de alimentación disponibles para satisfacer gran variedad de requisitos.

CPUs La CPU actúa como administrador del PLC. Cada PLC debe disponer de una. La CPU utiliza las instrucciones de su firmware y del programa de aplicación para dirigir el funcionamiento del PLC y para supervisar el sistema con el fin de asegurarse de que no existan fallos básicos. Algunas CPUs de las Series 90-30 están integradas en placas base, pero la mayoría están contenidas en módulos conectables. En algunos casos, la CPU reside en un ordenador personal utilizando una tarjeta de interfaz de ordenador personal que sirve de interconexión con los módulos de entrada, de salida y opcionales de las Series 90-30.

Módulos de entrada y salida (E/S) Estos módulos permiten al PLC la interconexión con dispositivos de campo de entrada y salida, tales como interruptores, sensores, relés y solenoides. Están disponibles tanto en tipo digital, como en analógico.

Módulos opcionales Estos módulos amplían la capacidad del PLC más allá de sus funciones básicas.  Así, pueden proporcionar opciones de comunicaciones y conexión a red, control de movimiento, contador de alta velocidad, control de temperatura, interconexión con estaciones de interfaz de operador, etc.

Cables Los cables conectan los componentes del PLC entre sí o con otros sistemas. Numerosos cables prefabricados estándar se encuentran disponibles en GE Fanuc. Principalmente se usan para: 

Interconectar placas base



Conectar un programador a la CPU o a un módulo opcional



Conectar módulos opcionales a dispositivos de campo u otros sistemas.

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Descripción del algoritmo propuesto así como las combinaciones de contactos usadas para las velocidades del motor de señales discretas

Figura 4.3 Algoritmo de control para el control de velocidad discreto

En la figura 4.3 se muestra el algoritmo de control propuesto para la solución del problema. Este algoritmo contempla 2 botones instantáneos de arranque; uno para avance en modo Forward, y otro para avance en Reverse.  A su vez, contempla un solo botón de paro para detener el arranque tanto en Forward como en Reverse. En seguida se tienen 3 contactos denominados VEL_1, VEL_2 y VEL_3 que son accionados por los interruptores SEL_V1, SEL_V2 y SEL_V3 que corresponden a la selección de las velocidades. Por medio de estos 3 interruptores y contactos es como se introducen las 7 velocidades definidas para el avance o retroceso del motor. Estas combinaciones son proporcionadas por el manual del driver y se muestran a continuación en la figura 4.4.

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Figura 4.4 Combinación de contactos para la selección de las 7 velocidades en el Driver Baldor modelo IMN715JSP

Por medio de estas combinaciones nosotros podemos establecer las 7 velocidades desde nuestro algoritmo de control por señales digitales. Por ultimo como medida de seguridad tenemos una bobina denominada EXT_TRIP que quiere decir External TRIP o Disparo Externo en español el cual, al desactivar el interruptor retentivo I0004 nuestro sistema se detendrá por completo y a su vez bloqueara el driver como medida de seguridad. El driver seguirá bloqueado así como nuestro algoritmo hasta que nosotros volvamos a reestablecer la conexión en el EXT_TRIP.

Conexión a la parte de potencia del sistema de control Una vez configurado el variador de frecuencia en el cual se establecieron las velocidades predefinidas desde los 30Hz hasta los 60Hz incrementándola 5Hz por cada velocidad y configurándolo también para mantener un torque constante con un tiempo de aceleración y desaceleración de 10 segundos, se procedió a realizar la conexión física hacia el PLC por medio de un cable de red RJ45 de 8 hilos puesto que, se tienen 6 salidas desde el PLC y el común del Driver.

Figura 4.5 Módulo de salidas, conexión hacia el PLC

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Se verifico las conexiones realizadas y se probó el sistema, cumpliendo con el objetivo, además se analizó el comportamiento del sistema y de los dispositivos conectados a los motores.

Figura 4.6 Conexión física del variador de frecuencia al motor trifásico

Figura 4.7 Display del Driver mostrando la velocidad en RPM así como el voltaje, la corriente y la frecuencia de operación del motor.

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Conclusión El desarrollo de algoritmos de control para poder controlar la velocidad de un motor a nivel industrial es de vital importancia puesto que al simplemente poder variar la velocidad por medio de interruptores para los operarios es de mayor facilidad que estar accesando y configurando el Driver. En la industria se requiere variar la velocidad de los motores para ciertos procesos y esta es una manera muy práctica de hacerlo por medio de señales de control discretas controladas por medio de un PLC.

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