Universidad Autónoma de Querétaro. Facultad de Ingeniería. Electrónica Industrial. M.C. José Luis Avendaño Juárez. Reporte Práctica #1:

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1 Universidad Autónoma de Querétaro Facultad de Ingeniería Electrónica Industrial M.C. José Luis Avendaño Juárez Reporte Práctica #1: Monitoreo y control de variables de dos motores de corriente alterna utilizando dos variadores de frecuencia y uso de una interfaz humano máquina (HMI) Arredondo Mendoza Isaac Bricio Flores Cristian José Castañón Gutiérrez Luis Raúl Galván Camacho Luis Armando Herrera Jiménez José Alfredo Martínez Suárez Víctor Manuel Meraz Centeno José Manuel Suárez Páez Oscar

2 Objetivo Controlar dos motores de corriente alterna a través de dos variadores de frecuencia, realizando el monitoreo y control de sus variables a través de una interfaz humano máquina (HMI). Introducción Los motores de corriente alterna tienen estructuras muy acopladas, no lineales y de múltiples variables, en comparación con las estructuras desacopladas, mucho más simples, de los motores de corriente directa con excitación separada. El control de los propulsores de corriente alterna, requiere, en general, algoritmos complejos de control que puede hacerse con microcontroladores o microcomputadoras, junto con convertidores de potencia de acción rápida. Los motores de corriente alterna tiene varias ventajas: son ligeros (de 20% a 40% más ligeros que los motores de corriente directa equivalentes), son poco costosos y tienen poco mantenimiento, en comparación con los motores de CD. Se requiere controlar en ellos la frecuencia, el voltaje y la corriente, para aplicaciones con velocidad variable. Los convertidores de potencia, los inversores y los controladores de voltaje de CA pueden controlar la frecuencia, el voltaje o la corriente para llenar los requisitos de propulsión. Esos convertidores de potencia, que son relativamente complejos y más costosos, requieren técnicas avanzadas de control por retroalimentación, como por ejemplo referencia a modelo, control adaptivo, control en modo deslizante y control orientado a campo. Sin embargo las ventajas de los propulsores de CA son mayores que las desventajas. Variación de velocidad por variadores de frecuencia Una forma de varia la velocidad de un motor de corriente alterna se consigue cambiando la frecuencia de su alimentación, mediante los denominados variadores de frecuencias o variadores de velocidad.

3 Un variador de frecuencia es un dispositivo de electrónica de potencia, que como su propio nombre lo dice, es capaz de modificar la frecuencia de la alimentación de un motor. Los variadores de frecuencia se utilizan con máquinas convencionales, que no necesitan ningún devanado especial. Trabajan entre una frecuencia mínima y una máxima, pudiéndose regular en todo el rango con suma facilidad. Los variadores disponen de un modo de funcionamiento de supervisión que permite observar algunos de los parámetros y magnitudes eléctricas cuando el motor está en marcha, como puede ser: tensión en bornes del motor, velocidad estimada, estado térmico del variador, corriente consumida, tensión de la red de alimentación, etc. Algunos modelos pueden superar la frecuencia de sincronismo de la red de eléctrica de alimentación. Esto hace que los motores funcionen a velocidades supersíncronas, superiores incluso para las que han sido diseñadas por su número de polos. Programación de los variadores de frecuencia. Los variadores de velocidad disponen de un juego de parámetros que es más o menos amplio en función del modelo. Su programación se puede hacer de diversas formas: Desde un pequeño panel de operación que incorpora el variador. Mediante un terminal de programación externo que se adquiere por separado y permite la programación avanzada. O desde un ordenador personal a través de un cable de conexión específico y un software de parametrización. Estos son algunos de los parámetros característicos que se pueden ajustar y programar en un variador de frecuencia:

4 Ajustes de fábrica: pone todos los parámetros del variador a valores de fábrica. Rampa de aceleración: es el tiempo en segundos que se emplea para que el motor consiga la velocidad preprogramada. Rampa de desaceleración: es el tiempo en segundos que se emplea para que un motor disminuya su velocidad hasta pararse o lograr otra velocidad preprogramada. Velocidad máxima: velocidad más rápida a la que se desea que el motor gire. Velocidad mínima: velocidad más lenta a la que se desea que gire el motor. Velocidades preseleccionadas: conjunto de velocidades que programa el operador y que se eligen a través de las entradas lógicas o por algún bus de comunicación. JOG: funcionamiento del motor a impulsos. Necesita una velocidad preseleccionada propia o tener asociada una entrada lógica para conectar en ella un pulsador o un interruptor. Frenado: permite ajusta el tipo de frenado del motor, que puede ser por inyección de corriente continua o rueda libre. Conexionado del variador de frecuencia Desde el punto de vista del conexionado, los variadores de velocidad disponene de tres módulos bien diferenciados: Parte de potencia. Parte de mando. Consigna de velocidad. La parte de fuerza o de potencia se conecta desde la red eléctrica, pasando por el variador y después al motor. Existen variadores de conexión a la red monofásica y a la red trifásica. En ambos casos el motor es siempre trifásico.

5 Es aconsejable disponer de un contactor entre el dispositivo de protección y el variador de frecuencias. Este será controlado con un circuito de mando externo y permitirá cortar la red de alimentación de potencia del variador. La parte de mando dispone de entradas lógicas para conectar en ellas sensores tipo interruptor y pulsador. Se utiliza para la puesta en marcha y parada del motor, inversión del sentido de giro, modo JOG, etc. La señal de referencia para estas entradas se realiza desde el borne de tensión positiva que dispone el propio variador. Estas entradas son programables y pueden tener un uso diferente dependiendo de la aplicación. La consigna de velocidad se da a través de una entrada analógica de tres bornes, a la se conecta un potenciómetro rotativo. La conexión básica para arrancar un motor mediante un variador de velocidad es la siguiente:

6 Sistemas SCADA Los Sistemas de Supervisión de Control y Adquisición de Datos (traducción más o menos apropiada de SCADA, Supervisory Control And Data Acquisition) permiten la gestión y control de cualquier sistema local o remoto gracias a una interfaz gráfica que comunica al usuario con el sistema. Materiales Un terminal gráfico Panel View C600 de Allen-Bradley. Un PLC modelo Micrologix 1500 de Allen Bradley con dos puertos físicos para comunicación serial. Un convertidor de interfaz RS232 a RS485 (Módulo NET-AIC de Allen- Bradley). Un módulo de interfaz de red Ethernet/IP (Módulo NET-ENI de Allen Bradley). Un switch Ethernet. Dos variadores de frecuencia de CA de frecuencia ajustable Power Flex 4 de Rockwell Automation. Dos motores trifásicos que no demanden más de cuatro amperes. Cables de comunicación Serial DIN8-DB9, DIN8-DIN8. Cables Ethernet. Convertidor USB-RS232. Software RSLogix 500, RSLinx Classic, ENI/ENIW Utility. Metodología Pasos para la configuración del PowerFlex 4 1. En RSLogix 500 al crear un nuevo proyecto es importante la configuración de los canales, el primero (canal 0) debe ser configuración Serial a baudios para poder tener comunicación del PLC con la computadora y con ello poder hacer la programación de este y poder hacer una comunicación en línea con el PLC. El segundo canal (canal 1) debe ser configurado en modo MODBUS RTU Maestro a baudios. Este segundo canal es el que se conectará con el módulo Advanced Interface Converter (NET-AIC) 2. Resetear el PowerFlex 4 y configurar parámetros para ser manipulado por un PLC. a) P036 [Start Source] to 5 Comm Port

7 b) P038 [Speed Reference] to 5 Comm Port c) A103 [Comm Data Rate] to K d) A104 [Comm Node Addr] to 1, or a unique node address e) A107 [Comm Format] to 0 RTU 8-N Configurar el módulo NET-ENI: a) Conectar el módulo NET ENI con el cable RS232 a la PC. b) Asignar el puerto COM y la velocidad de transferencia a la que se conectó el modulo figura 1. c) Utilizar ENI/ENIW Utility para asignar la IP del módilo (figura 2.B). d) Seleccionar la serie correcta según el ENI, en este caso serie D (figura 2.A). e) Asignar las IPs de los dispositivos a los cuales tendrá comunicación el modulo ENI (figura 3). f) Darle clic a ENI RAM para guardar el archivo temporalmente o ENI ROM para guardarlo permanentemente (figura 2.C). Figura 1. Pestaña para configuración de comunicación RS232. Figura 2. Se muestra la ventana de configuración de IP del módulo.

8 Figura 3. Pestaña de configuración de dispositivos a comunicar. 4. Hacer la configuración de la red Ethernet para poder utilizar el terminal gráfico PanelView C600. a) Configurar el Módulo NET ENI y conectarlo a un switch Ethernet. b) Conectar el NET ENI al PLC en alguno de los puertos COM. c) Configurar la PC con una IP estática y conectar al switch. d) Asignar una IP estática al PanelView para conectar al switch e) Configurar el PLC con el RSLinx. 5. Realizar la Interfaz de Usuario en el terminal gráfico PanelView C600. a) Conectar el PanelView a alimentación (24VDC) y con un cable Ethernet al ordenador. b) Mediante un explorador de Internet (Internet Explorer o Mozilla Firefox) acceder a la dirección IP asignada al PanelView. c) Crear un nuevo proyecto. d) En la pestaña de comunicación, asignar el tipo de controlador que se va a utilizar, así como la dirección IP con la que se va a comunicar (la dirección IP asignada al módulo NET-ENI) (figura 4). e) Realizar la interfaz con los elementos necesarios para hacer arranque, cambio de giro, paro, asignación de frecuencia y monitoreo de corriente, voltaje y frecuencia. f) Para vincular el PanelView con el controlador (PLC Micrologix 1500), asignar los Tags con las direcciones que utiliza el PLC Para hacer el control de los variadores (figura 5). g) Guardar y verificar el programa.

9 Figura 4. Pestaña de configuración de comunicación del PanelView. Figura 5. Pestaña de asignación de Tags.

10 6. En RSLogix 500, realizar el programa para que el PLC se pueda comunicar a través de MODBUS con el variador de frecuencia, y a través de Ethernet con el PanelView. a) Crear una nueva variable de tipo mensaje. b) Los mensajes se deben mandar a través del canal 1, que es el que está configurado para trabajar por MODBUS. c) Buscar en la hoja de datos del PowerFlex 4 los mensajes MODBUS para hacer el arranque, paro, cambio de giro, escritura de frecuencia, lectura de voltaje, corriente y frecuencia. d) Hacer el algoritmo para evitar el cambio de giro si el motor no se encuentra detenido. Resultados La interfaz que se desarrolló para el control y monitoreo de los motores se muestra en la figura 6. Figura 6. Interfaz en PanelView para el control y monitoreo de los motores. En esta interfaz el usuario puede observar la corriente, voltaje y frecuencia del lado izquierdo de la pantalla, se tienen los botones para giro en sentido horario, y anti horario que son los botones que están al lado del botón de paro, el botón con la leyenda motor 1 es para cambiar al motor 1 y de igual forma con el botón motor 2, se tiene un botón arriba de la leyenda de frecuencia en la esquina superior derecha la cual despliega un teclado para que el usuario ingrese la frecuencia deseada. Se desarrolló el programa en leguaje escalera para el PLC Micrologix 1500 en el programa RSLogix 500.

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12 Conclusiones Se puede concluir que los objetivos de la práctica fueron alcanzados con éxito ya que se pudo realizar el control y monitoreo de dos motores a través de un terminal gráfico PanelView, utilizando un PLC como controlador, el cual mandaba las

13 instrucciones a los variadores de frecuencia a través del protocolo industrial MODBUS. Se tuvieron problemas con un variador ya que el motor elegido superaba la frecuencia máxima de trabajo del variador, y el variador para protegerse se reiniciaba, se cambió por otro motor pero el resultado fue el mismo, la corriente superaba la máxima permitida por el variador. Bibliografía Martin, J. C., & Garcia, M. P. (2009). Automatismos Industriales. Madrid: Editex. Rashid, M. (2003). Electróncia de Potencia: Circuitos, Dispositivos y Aplciaciones. Pearson Education.