Controlador ON/OFF y uso de CX-Thermo

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1 1 Facultad: Ingeniería Escuela: Electrónica Asignatura: Control Digital Lugar de Ejecución: Aula 3.24 Instrumentación y Control Controlador ON/OFF y uso de CX-Thermo Objetivos específicos Configurar la función de control ON-OFF en el controlador E5EK. Verificar la salida de control para observar sus niveles. Modificar el valor de histéresis para comprobar cuál es su utilidad en este tipo de control. Configurar al controlador E5CN-H desde la computadora con el programa CX- Thermo. Monitorizar los valores de consigna y variable del proceso. Realizar un gráfico de tendencia del proceso. Materiales y equipo 1 Computadora con puerto serie RS-232 (o en su defecto un adaptador USB-Serie) y el software CX-Thermo instalado) 1 Cable serie de 9 pines null modem (macho - hembra) 1 Convertidor RS-232 a RS-485 Circutor 1 Fuente de alimentación 15 VCD [SO3538-8D] 1 Amplificador de potencia [SO3536-7Q] 1 Sistema controlado de temperatura [SO3536-8T] 1 Referencia de voltaje [SO3536-5A] 1 Controlador de procesos Omron E5EK 1 Controlador de procesos Omron E5CN-H 1 Cable de alimentación para 120VAC 1 Resistencia de 120 ohms 1/2W 1 Resistencia de 500 ohms 1 Destornillador para bornera 8 Puentes 1 Switch 6 Cables de conexión con terminales de 4mm a 2mm 3 Cables de conexión con terminales de 2mm

2 2 Control Digital. Guía 7 Introducción Teórica CX-Thermo En la práctica anterior se conoció la manera de configurar los controladores digitales OMRON E5EK y E5CN-H, desde el teclado exterior, cambiar los parámetros y los diferentes menús que posee, en esta práctica se utilizará este programa que puede desde una computadora comunicarse con los controladores, monitorear su estado, verificar los parámetros, hacer la gráfica de la variable de proceso, guardar históricos y algunas funciones más. CX-Thermo es un software mini SCADA 1 para configurar o controlar parámetros en dispositivos Omron, como los controladores de temperatura o procesos específicamente los modelos: E5ZN, E5AN, E5EN, E5CN, E5AN-H, E5EN-H, E5CN-H, E5AR, E5AR-T, E5ER, E5ER-T y EJ1, A continuación se listan algunas de sus características principales Control ON/OFF Los datos internos de configuración del dispositivo pueden ser transferidos o editados desde la computadora. Es capaz de exportar los datos de configuración a un archivo en formato CSV o HTML. Los datos de configuración pueden ser importados desde un archivo en formato CSV. Monitorea datos como valor del proceso, set point, variable manipulada, parámetros PID y alarmas de manera gráfica. Para operar el controlador como PID avanzado o controlador ON/OFF, debe colocarse en el parámetro (PID /ON/OFF ( Modo de Expansión )) u respectivamente. El valor por defecto es Durante el control-proporcional de posición, el control ON/OFF no puede ser seleccionado. En el control ON/OFF, la histéresis es provista en el programa cuando se conmuta entre ON y OFF para estabilizar la operación. El ancho de histéresis provista durante el control ON/OFF está simplemente referida como hysteresis. En control estándar (control de calentamiento o enfriamiento), la histéresis solo puede ser configurada para el lado de calentamiento. La Figura 1 muestra la relación de la histéresis con el setpoint en la variable de proceso. 1 SCADA, (acrónimo de Supervisory Control And Data Acquisition (Supervisión, Control y Adquisión de Datos) es un software para ordenadores que permite controlar y supervisar procesos industriales a distancia.

3 3 Figura 1. Funcionamiento del control ON/OFF Procedimiento Nota: Para la realización de esta práctica uno de los grupos iniciará con la Parte I y el otro grupo con la parte II, luego se intercambian. PARTE I. Comunicación del E5CN-H con el CX-Thermo 1. Implemente el sistema que se muestra en la Figura 2. Figura 2. Sistema de control de temperatura. 2. No energice nada aún y realice la conexión del controlador E5CN-H con la PC a través del convertidor RS-232/485, como se muestra en la Figura 3.

4 4 Control Digital. Guía 7 Figura 3. Conexión serial de la PC con E5CN-H a través del convertidor RS232/ El convertidor RS-232/485 Circutor, debe tener la siguiente configuración: Longitud de datos: 10 bits. 1 ON, 2 OFF. Velocidad en baudios: OFF, 4 ON, 5 OFF y 6 OFF. Figura 4. Interruptores de configuración del convertidor RS-232/485 Circutor. 4. Antes de energizar el sistema solicite a su docente de laboratorio que revise las conexiones y las configuraciones. 5. Energice el controlador y el convertidor RS-232/485 y luego encienda la Fuente de +/- 15V, pero no cierre aún el switch que colocó en el sistema térmico. 6. Presione la tecla por al menos tres segundos para pasar del Nivel de operación al Nivel de configuración inicial. 7. Estando en el Nivel de configuración inicial donde debe mostrarse inicialmente en el display (Tipo de entrada) con un valor de 29 (0 a 10V) que se configuró en la práctica anterior, presione la tecla por menos de un segundo para pasar al Nivel de configuración de comunicaciones, ahí aparecerá (Protocol Settings). 8. Se utilizarán los parámetros de comunicación por defecto del E5CN-H, verifique que estos parámetros estén como se muestra en la Figura 5 para ello presione la tecla para avanzar entre los parámetros y con las teclas o para seleccionar los

5 5 valores de cada uno. Figura 5. Parámetros del Nivel de configuración de comunicaciones. 9. Presione la tecla por al menos tres segundos para pasar al Nivel de operación. 10. A continuación se va a habilitar la opción para permitir que se puedan modificar los parámetros en el controlador a través de la comunicación serial, para ello estando en el Nivel de operación, presione la tecla por menos de un segundo para pasar al Nivel de ajuste, será mostrado. 11. Presione la tecla hasta que el parámetro sea mostrado, con la tecla o coloque este parámetro en ON, aparecerá un indicador CMW en el controlador indicando que esta habilitada esta opción. 12. Presione la tecla al menos tres segundos para pasar al Nivel de configuración Inicial y luego al menos un segundo para pasar al Nivel de operación. 13. Abra el programa CX-Thermo que está en inicio, Todos los programas, Omron, CX-One, CX-Thermo. 14. Del menú File seleccione la opción New, aparecerá la ventana Device Select. ingrese los datos del controlador tal como se muestra en la Figura 6 y presione el botón OK.

6 6 Control Digital. Guía 7 Figura 6. Ventana Device Select. 15. En el menú Communications seleccione la opción Work Online, deberá conectarse con el controlador sin problemas, si aparece algún mensaje de error en la comunicación revise las conexiones y verifique el número de unidad del controlador y de haber colocado este valor en la ventana de Device Select, si aún persisten problemas notifique a su docente de laboratorio. 16. Del menú TrendMonitor escoja la opción Trendviewer, le aparecerá un mensaje con unas instrucciones, de clic en el botón Aceptar y aparecerá la ventana que se muestra en la Figura 7. Figura 7. Ventana TrendViewer

7 7 17. De doble clic donde dice 01 E5C Set Point, se abrirá una ventana llamada Change Value, ahí en New Data coloque un valor entre 70 y 90 y de clic en el botón Send, observe en el controlador como cambió el parámetro SV a este nuevo valor, de clic en el botón Close para cerrar esta ventana. 18. En la ventana de TrendViewer, seleccione del menú Settings la opción Trend Settings,se abrirá la ventana que se muestra en la Figura 8, coloque los valores que ahí se indican y presione el botón OK. Figura 8. Ventana Trend Settings. 19. Ahora se procederá a obtener la gráfica de tendencia de la temperatura, como puede ver en la ventana TrendViewer esta se verá de color gris, mientras que el setpoint será de color rojo. Para iniciar la graficación, del menú Operation(M) seleccione la opción Start Monitor. 20. La graficación inicia, cierre el switch que colocó en el sistema térmico en un momento determinado de la gráfica y observe como es la tendencia de la temperatura. 21. Detenga la graficación en un momento determinado, seleccionando del menú Operation(M) la opción Stop Monitor. 22. El programa CX-Thermo creó un archivo log con los datos de la gráfica en el directorio que se le indicó en el paso 18, abra ese archivo con bloc de notas y verá como están listados los puntos de la gráfica en el tiempo que duró la graficación. 23. Cierre la ventana de TrendViewer y en la ventana principal de CX-Thermo en el menú Communication, quite la opción Work Online para desconectarse del controlador, luego cierre la ventana, apague y desconecte los equipos.

8 8 Control Digital. Guía 7 PARTE II. Función de control ON/OFF en OMRON E5EK 24.Implemente el sistema que se muestra en la Figura 9. Figura 9. Conexión del sistema a implementar para prueba de ON/OFF. 25.En los terminales de la resistencia de 500 ohmios utilizada para convertir de corriente a voltaje, conecte un voltímetro en escala de 20V. 26.Presione la tecla de modo al menos un segundo para entrar al Menú, luego usando las teclas o busque el modo expansión, presione la tecla al menos un segundo para entrar a ese modo. 27.Se mostrará el primer parámetro a configurar, presione la tecla varias veces hasta encontrar el parámetro (PID /ON/OFF) y con las teclas o coloquelo en ON/OFF, presione para fijar la opción. 28.Presione la tecla al menos un segundo para volver al menú, luego con las teclas o ubique el nivel 1, presione al menos un segundo para entrar a ese nivel. 29.Dentro del nivel 1 presione la tecla varias veces hasta encontrar el parámetro,, anote el valor que se tiene por defecto en el parámetro de histéresis: 30.Vuelva al Menú y luego entre al nivel 0, verifique que el sistema esté en RUN (el indicador STOP debe de estar apagado), si no está en RUN, siempre en el nivel 0 presione la tecla hasta encontrar el parámetro y con las teclas o coloquelo en RUN, luego presione para fijar el valor y volver a donde se muestran PV y SV. 31. Varíe el valor de consigna (SV) del controlador a 50.0.

9 9 32.Coloque en el módulo de voltaje de Referencia (Set Point Value) 0 V. 33.Encienda la fuente de +/-15 VDC y registre el valor que posee el voltímetro: A qué corresponde este valor? 34.Varíe el voltaje de entrada hasta llegar a 50.0 en el controlador Varió el valor de salida en el voltímetro? En qué valor está ahora y a qué corresponde? 35.Disminuya el valor de voltaje de entrada y verifique el cambio de OFF a ON Puede observarse el efecto de la histéresis en la salida? (valor en el voltímetro). 36.Repita los pasos 28 y 29, para colocar en el parámetro de Histéresis el valor de Vuelva a monitorizar los cambios respectivos en la salida para esta modificación registre los puntos en los que se da el cambio de ON a OFF y viceversa 38.Cambie el valor de histéresis a 10.0, anote los puntos donde se dan los cambios de ON a OFF y viceversa. 39.Apague la fuente de +/-15 V y conecte el sistema de temperatura como se muestra en la Figura Ajuste el setpoint (SV) del controlador a 75.0, encienda la fuente de +/-15V, conecte el voltímetro siempre a la salida del controlador (ahora conectada al amplificador de potencia y tierra) y cierre el switch que colocó en el sistema térmico, observe el comportamiento de la variable de proceso (PV), conforme se va ajustando la temperatura, entre que valores se encuentra variando la temperatura? 41.Apague la fuente de +/-15VDC y vuelva a configurar la histéresis al valor por defecto (pasos 28 y 29) y coloque de nuevo el tipo de controlador a PID avanzado (26 y 27). 42.Apague y desconecte el equipo y deje en orden su puesto de trabajo. Figura 10. Sistema Térmico a implementar.

10 10 Control Digital. Guía 7 Análisis de Resultados 1. Cual es la razón de utilizar el adaptador RS-232 a RS-485? 2. Cual es la utilidad de la resistencia de 120 ohms que se coloca en el controlador? 3. Explique cual es la utilidad de los datos de tendencia que se almacenan en el archivo log. 4. Concluya acerca de las ventajas de los sistemas SCADA en un proceso industrial. 5. Por qué se deja la opción ON/OFF en un controlador de procesos? 6. Al observar la operación de la histéresis cómo la conceptualizaría en sus palabras? 7. Concluya acerca de los usos que pueda tener la histéresis. 8. Por qué el nivel de OFF es diferente de 0V? Investigación Complementaria Investigue acerca del protocolo de comunicación del E5CN-H Investigue opciones para adaptar a RS-485 al puerto USB y puerto PCMCIA Investigue otros software que hagan una operación similar a la de CX-Thermo. Investigue acerca del modo manual del E5EK. Investigue acerca de controles ON/OFF comerciales existentes. Investigue tipos de actuadores que necesitan un tipo de control ON/OFF. Bibliografía OMRON E5CN-H E5AN-H E5EN-H Digital Controllers User's Manual advanced type. Cat. No. H157-E1-03. Disponible en: OMRON E5CN-H E5AN-H E5EN-H Digital Controllers Communications Manual Advanced Type. Cat. No. H159-E1-02. Disponible en: %20Controllers/General%20Purpose%20Controllers/E5_N- H/H159/H159E102_E5_NH_CommMan.pdf OMRON CX-Thermo Online Help. Disponible en: Help.html

11 11 Hoja de cotejo: 7 Guía 7: Controlador ON/OFF y uso de CX-Thermo Alumno: Puesto No: Docente: GL: Fecha: EVALUACION % Nota CONOCIMIENTO 25 Conocimiento deficiente de los fundamentos teóricos APLICACIÓN DEL CONOCIMIENTO 70 Necesitó mucha ayuda para realizar las conexiones del sistema (10%) Necesito mucha ayuda para cambiar los parámetros y obtener la gráfica de tendencia(15%) El sistema no se podía controlar correctamente (15%) No concluyó de forma coherente a los resultados registrados. (30%) ACTITUD 2.5 Es un observador pasivo. TOTAL Es ordenado; pero no hace un uso adecuado de los recursos Conocimiento y explicación incompleta de los fundamentos teóricos Necesitó poca ayuda para realizar las conexiones del sistema (10%) El sistema se controló correctamente después de intervención del docente (15%) Cambió correctamente los parámetros pero mostró dificultades para obtener la gráfica de tendencia o viceversa(15%) Sus conclusiones tienen relación coherente a los resultados registrados pero incompletas. (30%) Participa ocasionalmente o lo hace constantemente pero sin coordinarse con su compañero. Hace un uso adecuado de los recursos, respeta las pautas de seguridad; pero es desordenado. Conocimiento completo y explicación clara de los fundamentos teóricos Realiza correctamente las conexiones del sistema sin ayuda.(10%) El sistema se controló correctamente (15%) Cambió correctamente los parámetros y obtuvo la gráfica de tendencia sin problemas (15%) Sus conclusiones tienen relación coherente y completa respecto a los resultados registrados (30%) Participa propositiva e integralmente en toda la práctica. Hace un manejo responsable y adecuado de los recursos conforme a pautas de seguridad e higiene.