INTRODUCCION AL CONTROL DE PROCESOS

Transcripción

1 INTRODUCCION AL CONTROL DE PROCESOS MANUAL DE OPERACIONES 6/96

2 INDICE DE MATERIAS Sección 1 Control de Procesos Safety Notice Modo de Control de Procesos Qué es el Control de Procesos? Qué es el Control PID? Definición del Control de Bucle Abierto Definición del Punto de Ajuste del Proceso (Entrada) Definición de la Retroalimentación del Proceso (Entrada) Definición del Error del Proceso (Salida) Definición de P (Ganancia Proporcional) Definición de I (Ganancia Integral) Definición de D (Ganancia Diferencial) Definición de PID (Proporcional, Integral, Derivativo) Consideraciones sobre la Aplicación Sección 2 Instalacion y Seleccion De Entradas Selección de Entradas Instalación Salidas de Monitoreo Analógicas Específicas al Modo de Procesos Lista de Verificación Previa a la Operación Sección 3 Parámetros del Modo de Procesos Sección 4 Sintonización Manual Sintonizacion Manual Con Un Multimetro Sintonización Manual Inicial de los Sistemas en General Sintonizacion Manual Con Un Osciloscopio Ganancias del Controlador de Procesos Sección 5 Diagnóstico de Fallas Indice de Materias i

3 Apéndice A Ejemplos de Aplicaciones A-1 EJEMPLO DE APLICACION #1 Sistema de Bomba de Agua con Presión Constante A-1 Cableado de Control en el Ejemplo de la Bomba A-2 Puesta en Marcha en el Ejemplo de la Bomba A-3 EJEMPLO DE APLICACION #2: Operación Rotativa de Corte de Material con Ajuste Fino (Local) de Velocidad A-6 Cableado de Conexión en el Ejemplo del Ajuste Fino de Velocidad A-7 Puesta en Marcha en el Ejemplo del Ajuste Fino de Velocidad A-8 EJEMPLO DE APLICACION #3: Control de Zona de la Tensión Usando Retroalimentación de Célula de Carga A-11 Cableado para el Ejemplo del Control de Zona de la Tensión A-12 Puesta en Marcha en el Ejemplo del Control de Zona de la Tensión A-13 EJEMPLO DE APLICACION #4: Control de Zona de la Tensión Usando Ajuste Fino (Local) de Velocidad A-16 Cableado del Control de Zona de la Tensión Usando Ajuste Fino de Velocidad A-17 Puesta en Marcha en el Control de Zona de la Tensión Usando Ajuste Fino de Velocidad A-18 EJEMPLO DE APLICACION #5: Sistema de Compartimiento de Par para Cargas con Eje Común A-22 Cableado de Control en el Sistema de Compartimiento de Par para Cargas con Eje Común A-23 Puesta en Marcha del Sistema de Compartimiento de Par para Cargas con Eje Común A-24 Notas sobre el Sistema de Compartimiento de Par para Cargas con Eje Común A-27 EJEMPLO DE APLICACION #6 Avance con Fuerza Constante para Aserradero A-28 Cableado en el Ejemplo del Avance con Fuerza Constante para Aserradero A-29 Puesta en Marcha en el Ejemplo sobre Avance con Fuerza Constante para Aserradero A-30 Apéndice B Diagrama de Bloques Detallado del Sistema de Control B-1 Descripción Detallada del Control PI B-2 Apéndice C Listado de Parámetros C-1 ii Indice de Materias

4 Sección 1 Control de Procesos Safety Notice Este equipo maneja voltajes que pueden llegar a los 800 voltios, y partes rotativas de motores. el alto voltaje y las partes móviles pueden causar lesiones serias o mortales. El arranque o el diagnostico de fallas de este equipo deberán ser hechos únicamente por personal calificado y debidamente familiarizado con este manual y con las máquinas impulsadas por el equipo. Modo de Control de Procesos Esta publicación de información técnica describe el uso, la programación y las funciones del Modo de Control de Procesos. En el Apéndice A se ofrecen varios ejemplos, con explicación detallada. El Modo de Control de Procesos es un sistema de control de bucle cerrado auxiliar incorporado en el software estándar. El Modo de Control de Procesos está disponible actualmente en el software de número S o mayor del Control Inversor Serie 15H, en el software No. S o mayor del Control Vectorial Serie 18H, en el software No. S o mayor del Control CC Digital Serie 20H, y en el software No. S o mayor del Control CA Sin Escobillas Serie 23H. La primera parte de este manual técnico define los términos y conceptos usados en el Modo de Control de Procesos. Será necesario leer y entender bien los mismos antes de tratar de usar este software. Qué es el Control de Procesos? El control de procesos es un método por el cual un Proceso de fabricación puede ser controlado en forma continua y automática, con resultados regulares y coherentes. El control de procesos define el sistema general, sus componentes, y sus respectivas capacidades. El Control de Procesos puede tener diversos nombres, como los siguientes: Control de lotes ( batch ) continuos Control de bucle cerrado Control de bomba Control de nivel Control térmico de zona Control automático El Control de Procesos ofrece las siguientes ventajas: La capacidad de fabricar un producto con exactitud repetible. El uso más eficaz y eficiente de las instalaciones de la planta. Permite al operador dedicarse a un trabajo más productivo y que requiera mayor destreza. Se reducen las tareas aburridas y se evita que haya trabajadores expuestos a operaciones peligrosas. Mayor productividad, menor desperdicio. Los Controles Baldor con PID incorporado ofrecen las siguientes ventajas: No se requiere interconexión con Cajas negras externas. Bajo costo. Preparación simple para proceso(s) básico(s). Asistencia de la fábrica. Control de Procesos 1-1

5 Qué es el Control PID? El control PID (o Proporcional, Integral, Derivativo) es el método específico con el que se implementa el Control de Procesos. El control PID ofrece al usuario la capacidad de programar una determinada operación de modo que se realice en forma regular y coherente. Un sistema de control que haya sido correctamente preparado hará ello independientemente de casi todas las influencias (perturbaciones) externas. El control PID tiene como fin específico, en efecto, mantener la regularidad del proceso y compensar las perturbaciones externas. Las aplicaciones del control PID son numerosas y variadas, desde el horneado de galletas, el control de temperatura del acero derretido y el bombeo de muchos miles de litros de agua por minuto, hasta el control ambiental, y muchas más. Antes se vendían Controladores de bucle único tipo PID como unidades independientes para ser interconectadas con los controles. Hoy en día, Baldor ofrece muchos de sus productos de control con capacidad de control de procesos incorporada, sin costo extra para el cliente. Ver la Figura 1-1. Figura 1-1 Sistema de Control de Procesos de Otro Fabricante Usando el Software de Modo de Procesos de Baldor Controlador de Procesos de Otro Fabricante ADJUSTabla SPEED DRIVE ADJUSTabla SPEED DRIVE Pot. de 5k Punto de Ajuste del Proceso Punto de Ajuste del Proceso Retroalimentación del Proceso Mando de Velocidad Pot. de 5k Punto de Ajuste del Proceso Punto de Ajuste del Proceso Transductor de Presión, 0 10V Transductor de Presión, 0 10V Retroalimentación del Proceso Bomba Bomba 1-2 Control de Procesos

6 Definición del Control de Bucle Abierto Un sistema de control que no detecta su propia salida y que no hace correcciones en el proceso se denomina sistema de control de (en) bucle abierto. No hay retroalimentación al sistema de control que le permita a éste regular el proceso. Ejemplo práctico del Control de Bucle Abierto Una unidad que consiste en un control Inversor y un motor cuya velocidad está controlada únicamente por un potenciómetro de velocidad es un ejemplo del control de bucle abierto. Al no contar con retroalimentación, el Inversor no puede saber exactamente la rapidez a la que está girando el eje del motor. Ver la Figura 1-2. Figura 1-2 ADJUSTabla SPEED DRIVE Fuente del Punto de Ajuste J1 1, 2, 3 Salida del Regulación con Potenciómetro del Punto de Ajuste Control de Procesos 1-3

7 Ejemplo práctico del Control de Bucle Cerrado Un control vectorial está haciendo funcionar un ventilador cuyo punto de ajuste ( punto fijado, de consigna o de referencia ) está controlado por un potenciómetro. Asimismo, se cuenta con retroalimentación del transductor de presión, lo que permite al control vectorial regular exactamente la presión estática en el pleno (plenum) de aire fresco del sistema de ventilación. El control vectorial compara la retroalimentación del transductor de presión (retroalimentación del Proceso) con el potenciómetro (Punto de ajuste). Si se genera un error como resultado de esta comparación, el control va a aumentar o a disminuir la velocidad para tratar de reducir el error del proceso a cero. La velocidad a la que se encuentre funcionando el motor cuando el error del proceso sea igual a cero, será exactamente la velocidad requerida para mantener la presión mandada en el conducto (ducto). Ver la Figura 1-3. Figura 1-3 Soplador de HVAC Pleno de Toma Puerto de Detección de la Presión del Aire Pleno del Edificio VECTOR DRIVE Manguera de 1/4 Regulación con Potenciómetro del Punto de Ajuste Fuente del Punto de Ajuste J1 1, 2, 3 Transductor de Otro Fabricante Salida del Sensor de Presión del Aire: 4 20 ma Señal de 4 20 ma Salida del Retroalimentación del Proceso Retroalimentación del J1 4, 5 Disponible Sólo c/ Control Vectorial Cod 1-4 Control de Procesos

8 Ejemplo del Control de Bucle Cerrado y Dos Entradas El control de bucle cerrado y dos entradas compara el valor de la Entrada del Punto de Ajuste con la Retroalimentación del Proceso. La diferencia (si la hay) está definida como error del proceso. El error del proceso se usa luego para dar un mando de velocidad al motor para tratar de forzar a la Retroalimentación del Proceso a que iguale la Entrada del Punto de Ajuste. Esta es la configuración más común y más simple. Ver la Figura 1-4. Figura 1-4 Soplador de HVAC Pleno de Toma Puerto de Detección de la Presión del Aire Pleno del Edificio VECTOR DRIVE Manguera de 1/4 Regulación con Potenciómetro del Punto de Ajuste Fuente del Punto de Ajuste J1 1, 2, 3 Transductor de Otro Fabricante Salida del Sensor de Presión del Aire: 4 20 ma Señal de 4 20 ma Salida del Retroalimentación del Proceso Retroalimentación del J1 4, 5 Disponible Sólo c/ Control Vectorial Cod La entrada número 1 es el potenciómetro del Punto de Ajuste. (Fuente del punto de ajuste, J1 1, 2, 3) La entrada número 2 es la señal de retroalimentación del Proceso. (Retroalimentación del proceso, J1 4, 5) Este ejemplo se está controlando la presión estática de un conducto. El potenciómetro del punto de ajuste manda la presión estática, la señal de 4 20 ma cierra el bucle de retroalimentación, y el motor está marchando a la velocidad necesaria para mantener la presión estática mandada. Si se abre una puerta en la sala que está controlada por este sistema, habrá una caída de presión en la sala, y caerá también la presión estática del conducto. Se producirá entonces una disminución en la señal de retroalimentación del proceso, resultando en un error. Este error del proceso hará aumentar la velocidad del motor, lo que va a producir una mayor presión estática en el conducto. Control de Procesos 1-5

9 Ejemplo del Control de Bucle Cerrado y Tres Entradas El control de bucle cerrado y tres entradas es igual que el de dos entradas, excepto que se le ha agregado una entrada de alimentación en avance (prealimentación) (que constituye la tercera entrada). La entrada de alimentación en avance se utiliza en aplicaciones más complejas donde frecuentemente hay grandes perturbaciones externas que podrían afectar la retroalimentación del proceso. Ver la Figura 1-5. Figura 1-5 Ejemplo del control de bucle cerrado y tres entradas Control de Tensión operado en el Modo de Control de Procesos,en un Bucle de Velocidad, con la Célula de Carga cerrando el Bucle de Posición. Esto va a requerir las características P e I. Control Maestro operado en el Modo de Marcha Estándar. Este Control va a determinar la Velocidad de la Máquina. Tarjeta de Expansión de Pulso Seguidor Tarjeta de Control Potenciómetro de Ajuste de Tensión Tarjeta de Control Potenciómetro Principal de Control de Velocidad Codificador Codificador Relación de Engranajes Entrada Salida Rotación Process Feedback Relación de Engranajes Entrada Salida Rotación Rodillos de Alimentación de Material (o Rodillos NIP ). Salida de 0 10 V del Rodillo de la Célula de Carga Zona de Control de Tensión Al Proceso Siguiente La entrada número 1 es el potenciómetro del Punto de Ajuste. (Fuente del Punto de Ajuste, J1 1, 2, 3) La entrada número 2 es el potenciómetro de Retroalimentación del Proceso (Retroalimentación del Proceso, J1 4, 5). La entrada número 3 es la señal de Alimentación en Avance del Proceso (Alimentación en Avance del Proceso, entrada del codificador a la tarjeta de expansión de pulso seguidor). Figura 1-5 utiliza pulsos de codificador del control maestro que representan la velocidad de la máquina principal. Esta señal se usa para mandar que la velocidad del control de tensión alcance aproximadamente el nivel correcto, y la célula de carga realiza el ajuste fino restante de la velocidad (hasta un 5%) para controlar la tensión de bobina (lineal). Esta aplicación utiliza una señal de tensión enviada por un sensor de la célula de carga para cerrar el bucle de retroalimentación. La célula de carga es un dispositivo que convierte la tensión de bobina (fuerza en libras o kilos) en una señal eléctrica proporcional. El control principal hace funcionar los rodillos a la velocidad de producción deseada. A medida que los rodillos vayan halando material al proceso, la célula de carga indicará una tensión creciente. Esto hará que el control de tensión aumente la velocidad para reducir la tensión al valor del punto de ajuste. Una vez que el control principal alcance la velocidad de producción, el control de tensión irá restringiendo el avance del material para mantener la tensión al nivel deseado. 1-6 Control de Procesos

10 Explicación de los Diagramas de Bloques del Sistema de Bucle Cerrado Los sistemas de control se representan usualmente mediante una serie de bloques interconectados. Los bloques representan las funciones específicas del sistema. Los bloques están interconectados por una serie de líneas, que se usan para representar las respectivas variables o magnitudes mediante flechas direccionales que indican el sentido del flujo de información. Vea el diagrama de abajo. Ver la Figura 1-6. Figura 1-6 Diagrama de Bloques de un Sistema de Bucle Cerrado Entrada del Punto de Ajuste (Valor Deseado) Punto de Suma (Detector de Error) 2 Salida de la Señal de Error Entrada de Potencia 3 Control Bucle Directo Perturbación de la Carga 4 Variable Controlada Entrada de Retroalimentación 1 Elemento de Medición Variable Controlada Todo sistema de bucle cerrado puede dividirse en cuatro operaciones básicas: 1. Medición de la variable controlada. La variable controlada puede ser temperatura, velocidad, espesor, presión del agua, etc. Como elemento de medición se usa un sensor, y la medición obtenida se convierte luego en una señal compatible con las entradas del control, por lo general voltaje o corriente. Esta señal va a representar la variable controlada (Entrada de Retroalimentación). 2. Determinación del error. Esto se realiza en la sección del punto (unión) de suma del sistema. En el punto de suma se compara el valor medido de la variable controlada (Entrada de Retroalimentación) con la Entrada del Punto de Ajuste (valor deseado) y se genera una señal de error. La operación es una simple substracción matemática, definida como sigue: Señal de Error ( ) = Entrada del Punto de Ajuste Entrada de Retroalimentación o epsilon es el símbolo que se usa habitualmente para esta señal. 3. La señal de error es usada luego por el control para cambiar el par o la velocidad del motor. 4. Se emplea después el par o la velocidad del motor para reducir la señal de error accionando el control de manera de hacer que el valor real de la variable controlada se aproxime al valor de la Entrada del Punto de Ajuste o sea el valor deseado. Es importante notar que los sistemas de control de bucle cerrado son accionados mediante error. En otras palabras, deberá existir un error antes que el sistema trate de hacer la corrección respectiva. Control de Procesos 1-7

11 Definición del Punto de Ajuste del Proceso (Entrada) El punto de ajuste del Proceso es la señal de entrada basada en la cual el operador establece la operación del sistema. Este punto de ajuste o referencia constituye el valor de salida deseado. Puede representar un punto de ajuste de presión, flujo, velocidad, par, nivel o temperatura. Esta entrada se define por lo general con un potenciómetro u otro dispositivo de voltaje analógico. Definición de la Retroalimentación del Proceso (Entrada) La Retroalimentación del Proceso es la señal de entrada que representa el valor real medido por el sensor del proceso. Este puede ser un sensor de temperatura, presión, flujo, velocidad, par o nivel. Esta entrada es generalmente un voltaje (0 10 V) o corriente (4 20 ma) obtenido por el sensor, que representa el valor medido. Definición del Error del Proceso (Salida) El error del proceso es el resultado de la substracción de las señales de Entrada del Punto de Ajuste del Proceso y de la Entrada de la Retroalimentación del Proceso. Esta operación se muestra en el diagrama de abajo, y se conoce como punto de suma. Ver la Figura 1-7. El Error del Proceso está definido matemáticamente como: Señal de Error ( ) = Entrada del Punto de Ajuste Entrada de Retroalimentación Figura 1-7 Diagrama de Bloques de un Sistema de Bucle Cerrado Entrada del Punto de Ajuste (Valor Deseado) Punto de Suma (Detector de Error) Salida de la Señal de Error Entrada de Potencia Control Bucle Directo Perturbación de la Carga Variable Controlada Entrada de Retroalimentación Elemento de Medición Variable Controlada 1-8 Control de Procesos

12 Definición de P (Ganancia Proporcional) La ganancia proporcional es la amplificación que se aplica a la señal de error del proceso y que va a resultar en una determinada salida del control. Como se ha indicado, la señal de error del proceso es la diferencia entre el punto de ajuste del proceso y la retroalimentación del proceso. La ganancia proporcional se define matemáticamente como: A out = K p Donde: A out = Salida del control K p = Ganancia proporcional = Señal de error del proceso = (punto de ajuste retroalimentación) Lo que se ha indicado arriba quiere decir simplemente que la salida del control (A out ) es igual a la señal de error () multiplicada por la ganancia proporcional (K p ). Para aclarar la definición de la ganancia proporcional, vea el diagrama (Figura 1-8) de abajo: La amplitud de la salida del control es función del error del proceso, multiplicado por la ganancia proporcional. Para una determinada magnitud del error, cuanto mayor sea la ganancia proporcional, mayor será la salida. Asimismo, para un determinado valor de la ganancia proporcional, cuanto mayor sea el error, mayor será la salida. Figura 1-8 Punto de Suma (Detector de Error) Entrada del Punto de Ajuste (Valor Deseado) Salida de la Señal de Error A out = K p Entrada de Potencia Perturbación de la Carga A out Control Bucle Directo Entrada de Retroalimentación Elemento de Medición Variable Controlada Control de Procesos 1-9

13 Definición de I (Ganancia Integral) La ganancia integral (tal como la ganancia proporcional) es una amplificación de la señal de error del proceso, pero depende del tiempo. Un error de estado estacionario que se mantiene durante un largo período de tiempo es conocido como una desviación (offset o desequilibrio). La ganancia integral compensa esta desviación o error de largo plazo. Debido a las ineficiencias en el sistema de control de procesos como un todo, se producirán desviaciones frecuentemente. Las mismas pueden ser compensadas usando la ganancia integral. La ganancia integral se define matemáticamente como: Punto de Suma (Detector de Error) Entrada del Punto de Ajuste (Valor Deseado) Salida de la Señal de Error Donde A out = Salida del control K i = Ganancia integral = Control de Procesos = Señal de error del proceso (punto de ajuste retroalimentación) t = Cambio en el tiempo La fórmula anterior establece que una determinada salida del control (A out ) es igual a la ganancia integral (K i ), multiplicada por la integral ( ) del error ( ), multiplicada por el cambio ()en el tiempo (t). Todo ello indica simplemente que en un bucle Integrador, un error de largo plazo se acumula (o sea, es integrado) a través del tiempo y que la ganancia integral permite compensar y reducir el error de largo plazo. Ver la Figura 1-9. Figura 1-9 A out Entrada de Potencia Control Bucle Directo Entrada de Retroalimentación Perturbación de la Carga Elemento de Medición Variable Controlada En general, si usted usara en un proceso tan sólo el control proporcional, la salida del control nunca haría que la variable controlada sea exactamente igual al punto de ajuste. Siempre habría una pequeña cantidad de error. Este se conoce generalmente como una desviación. La característica Integral detecta esta desviación de largo plazo y corrige la salida del control para reducir el efecto de tal desviación Control de Procesos

14 El oscilograma siguiente es una ilustración del concepto de desviación (offset). La retroalimentación del proceso, una vez estabilizada, no es igual al mando del punto de ajuste. En este caso, la diferencia entre el punto de ajuste y la retroalimentación del proceso es la desviación. Puede observarse que la ganancia integral está definida como cero. Mando del Punto de Ajuste Retroalimentación del Proceso Proporcional del Proceso en 25 e Integral del Proceso en 0.00 Hz (El osciloscopio está puesto en una escala vertical de 1v/división y una escala horizontal de 1.0 seg/división del tiempo de barrido). El siguiente oscilograma ilustra lo que le sucede a la desviación del sistema cuando se aplica una ganancia integral. Con la adición de la ganancia integral (2.00 Hz), la desviación del sistema se reduce a cero. Ha sucedido algo más: la variable del proceso (tal cual está indicada por la retroalimentación del proceso) responde con mucha mayor rapidez que en el oscilograma previo. Ello se debe a que la ganancia proporcional ha sido aumentada desde 25 a 100. Mando del Punto de Ajuste Retroalimentación del Proceso Proporcional del Proceso en 100 e Integral del Proceso en 2.00 Hz. (El osciloscopio está puesto en una escala vertical de 1v/división y una escala horizontal de 1.0 seg/división del tiempo de barrido). Control de Procesos 1-11

15 Definición de D (Ganancia Diferencial) El elemento Diferencial es proporcional a la tasa de cambio del error del proceso. La ganancia diferencial se proporciona para reducir la sobremodulación (overshoot o sobreimpulso) del control de procesos durante perturbaciones repentinas de gran magnitud. El elemento diferencial responde únicamente durante las condiciones transitorias. La ganancia diferencial no es activada por los errores de estado estacionario puesto que su tasa de cambio es cero. La ganancia diferencial se define matemáticamente como: Donde: A out = Salida del control K d = Ganancia diferencial Cambio en la señal de error del proceso dividida por el cambio en el tiempo. Esta fórmula indica que una determinada salida del control (Aout) es igual a la ganancia diferencial (Kd) multiplicada por el cambio en la señal de error del proceso () dividida por el cambio en el tiempo (t). Al producirse un cambio grande en el error del proceso durante un período fijo de tiempo, el término diferencial ejercerá un efecto grande sobre la salida del control. Un pequeño cambio en el error del proceso durante un período fijo de tiempo ejercerá menor efecto sobre la salida del control. En la mayoría de las aplicaciones, la ganancia diferencial es raramente usada. De ser necesaria, se la deberá emplear con sumo cuidado puesto que podría provocar inestabilidad. Ver la Figura Figura 1-10 Block Diagram of Differential Gain Punto de Suma (Detector de Error) Entrada del Punto de Ajuste (Valor Deseado) Salida de la Señal de Error Entrada de Potencia Perturbación de la Carga Control Bucle Directo Entrada de Retroalimentación Elemento de Medición Variable Controlada 1-12 Control de Procesos

16 Definición de PID (Proporcional, Integral, Derivativo) PID = Proporcional, Integral, Derivativo, es la suma total de los tres elementos de ganancia, y puede expresarse como sigue: (ver la Figura 1-11) Como ya se describieron las operaciones matemáticas de cada fórmula, no será necesario reiterarlas individualmente. Al observar la fórmula de arriba, tenga presente que puede ser separada en componentes individuales relativamente fáciles de entender. Se puede recordar fácilmente la función de cada término teniendo en cuenta lo siguiente: La ganancia Proporcional es una ganancia de estado estacionario, y está siempre activa. La ganancia Integral estará activa solamente ante desviaciones por errores de largo plazo. No estará activa en el bucle de control cuando los errores son de breve duración. La ganancia Diferencial estará activa solamente ante desviaciones por errores transitorios, de corto plazo. No estará activa en el bucle de control cuando los errores son de larga duración. Figura 1-11 Punto de Suma (Detector de Error) Entrada del Punto de Ajuste (Valor Deseado) Salida de la Señal de Error Entrada de Potencia Control Bucle Directo Perturbación de la Carga Variable Controlada Entrada de Retroalimentación Entrada de Retroalimentación Elemento de Medición Variable Controlada Control de Procesos 1-13

17 Consideraciones sobre la Aplicación Para obtener un rendimiento óptimo y regular, el sensor de retroalimentación deberá escalarse en el rango apropiado para el motor. El motor deberá ser también tomado en cuenta al seleccionarse el dispositivo de retroalimentación. Como un ejemplo de escalamiento apropiado, tenemos un transductor de presión de agua que suministra un voltaje lineal en proporción a dicha presión. En este ejemplo, la bomba tiene una capacidad máxima de 200 psi y el transductor de presión de agua tiene una capacidad de salida de + 10 voltios con una entrada de 200 psi. El sensor de presión de agua está montado cerca de la bomba centrífuga, que es impulsada directamente por el motor. Las RPM del motor ejercen un efecto directo sobre la presión del agua. Asimismo, la máxima presión posible de la bomba equivale a la salida máxima del sensor de retroalimentación (el transductor de presión de agua). Como un ejemplo de selección inapropiada de la retroalimentación, tenemos una bomba similar a la del ejemplo anterior. La diferencia es que la bomba tiene una capacidad máxima de 200 psi mientras que el transductor de presión de agua tiene ahora una capacidad de salida de + 10 voltios con una entrada de 1000 psi. El transductor de presión de agua es de una dimensión excesiva respecto a la capacidad de la bomba y del motor. El rendimiento de este conjunto de equipos será bajo, ya que el voltaje efectivo de trabajo estará en el rango de 0 a 2 voltios en vez del rango de 0 a 10 voltios. Esto va a afectar directamente la precisión y el rendimiento del sistema. Toda vez que se presenten situaciones extremas, el sistema dejará de funcionar Control de Procesos

18 Sección 2 Instalacion y Seleccion De Entradas Selección de Entradas J1-1 & 2 J1-4 & 5 5V EXB 10V EXB 4-20mA EXB 3-15 PSI EXB DC Tach EXB MPR/F EXB ËËË Ahora deberá determinarse la configuración de las entradas del proceso. Verifique la compatibilidad de los transductores escogidos con las tarjetas opcionales o las entradas analógicas disponibles. La configuración que se recomienda es aquella en que la salida del transductor, como ser + 10 voltios CC, equivale exactamente a la entrada seleccionada, por ejemplo +/ 10 Voltios en los terminales 4 y 5. Las entradas de control del proceso deberán seleccionarse para la configuración de 2 entradas o para la de 3 entradas. Las tres entradas pueden programarse para diversas configuraciones. La mayoría de las aplicaciones serán para una configuración de 2 entradas, por lo tanto defina el parámetro COMMAND SELECT (Selección del Mando) como NONE (ninguno). La única restricción es que no debe permitirse que las selecciones de control del proceso compartan una misma entrada. La tabla siguiente sirve para seleccionar las entradas que se desean. Seleccione una determinada entrada de hardware para el parámetro PROCESS FEEDBACK (Retroalimentación del Proceso), y una entrada de hardware diferente para el parámetro SETPOINT COMMAND (Mando del Punto de Ajuste). Ver la Tabla 2-1. Tabla 2-1 Process Mode Input Signal Compatibility J1-1 & 2 J1-4 & 5 5V EXB 10V EXB 4-20mA EXB 3-15 PSI EXB ËËËËË ËËËËË ËËËËËËËËËËË ËËËËË ËËËËËËËËËËË Requiere Tarjeta de Expansión Opcional EXB007A01. Requiere Tarjeta de Expansión Opcional EXB04A01. Requiere Tarjeta de Expansión Opcional EXB06A01. Requiere Tarjeta de Expansión Opcional EXB05A01. No Está Disponible (entradas incompatibles, no usar) No Está Disponible (tarjetas de expansión de nivel 1 ó 2 incompatibles, no usar) DC Tach EXB MPR/F EXB Cuando utilice la configuración de dos entradas, defina siempre el parámetro COMMAND SELECT como NONE. Cuando utilice la configuración de tres entradas, consulte la tabla anterior y confirme que tanto el parámetro PROCESS FEEDBACK como el parámetro SETPOINT SOURCE (Fuente del Punto de Ajuste) no sean incompatibles con la selección en el parámetro COMMAND SELECT. Instalacion y Seleccion De Entradas 2-1

19 Sección 3 Parámetros del Modo de Procesos Table 3-1 Bloques de Programación del Nivel 1 Título del Bloque Parámetro Descripción ACCEL/DECEL RATE (Tasa o Velocidad de Accel Time #1,2 El tiempo de aceleración es el No. de segundos que el motor requiere para acelerar a una tasa lineal desde 0 RPM a las RPM especificadas en el parámetro Max Output Speed (velocidad máxima de salida) en el bloque de Límites de Salida, Nivel 2. Acel./Desacel.) Decel Time #1,2 S-Curve #1,2 El tiempo de desaceleración es el No. de segundos que el motor requiere para desacelerar a una tasa lineal desde la velocidad especificada en Max Output Speed hasta 0 RPM. La Curva S es un porcentaje del tiempo total de Acel. y Desacel. y permite hacer arranques y paradas suaves. Una mitad del % de Curva S programado se aplica a las rampas de Acel. y la otra mitad a las rampas de Desacel. 0% representa no S y 100% representa resenta S completa sin un segmento lineal. Nota: Accel #1, Decel #1 y S-Curve #1 están asociadas conjuntamente. De igual forma, Accel #2, Decel #2 y S-Curve #2 están asociadas conjuntamente. Estas asociaciones pueden usarse para controlar cualquier mando de Velocidad d Externa o Velocidad d Predefinida. id Nota: Si se producen fallas en la unidad durante una Acel. o Desacel. rápida, al seleccionarse una Curva S las fallas pueden ser eliminadas. JOG SETTINGS (Ajustes de Jog) Jog Speed La Velocidad de Jog cambia la velocidad del motor a un nuevo valor predefinido para el modo de jog. Para hacer que el motor opere a Velocidad de Jog, se debe pulsar la tecla FWD o la REV, o dar un mando externo de Avance (J1-9) o Reversa (J1-10). 10). El motor funcionará a la velocidad de jog hasta soltarse la tecla FWD o la REV o quitarse la señal de mando externo. La velocidad de jog puede ser menor que el ajuste mínimo del parámetro de velocidad. Jog Accel Time Jog Decel Time El Tiempo de Acel. de Jog cambia el Tiempo de Acel. a un nuevo valor predefinido para el modo de jog. El Tiempo de Desacel. de Jog cambia el Tiempo de Desacel. a un nuevo valor predefinido Jog S-Curve para el modo de jog. La Curva S de Jog cambia la Curva S a un nuevo valor predefinido para el modo de jog. PARAMETROS DEL MODO DE PROCESOS 3-1

20 Table 3-1 Definiciones de los Bloques de Parámetros, Nivel 1 - Continúa Título del Bloque Parámetro Descripción INPUT (Entrada) Operating Mode Command Select Hay seis Modos de Operación disponibles. Las opciones son: Teclado, Marcha Estándar, 15 Velocidades, Serie, Bipolar y de Procesos. Las conexiones externas al control se hacen en la regleta de terminales J1 (los diagramas de conexiones se muestran en la Sección 3). Selecciona la referencia externa de velocidad a usarse. El método de control de velocidad más fácil es seleccionar POTENTIOMETER y conectar un pot. de 5 K a J1-1, J1-2 y J1-3. Se puede aplicar un mando de entrada de ±5 o ±10 VCC a J1-4 y J1-5. (En este parámetro es donde se seleccionará la entrada de alimentación en avance (prealimentación).) Si se requiere una larga distancia entre el control de velocidad externo y el control, deberán considerarse las selecciones de 4-20 ma en J1-4 y J1-5. El bucle de corriente permite usar tramos largos de cable sin que se atenúe la señal de mando. 10 VOLT W/EXT CL - al haber un mando diferencial de 10 V en J1-4 y 5 permite que haya una entrada adicional de 5 V en J-1, 2 y 3, lo que a su vez permite reducir el límite de corriente programado para hacer ajustes finos(retoques o tríming) del par durante la operación. 10 VOLT W/TORQ OFF - al haber un mando diferencial en J1-4 y 5 permite que haya una entrada adicional de 5 V de alimentación en avance del par en J1-1, 2 y 3 para fijar un valor predeterminado de par dentro del bucle de régimen con ajustes de alta ganancia. EXB PULSE FOL - selecciona la placa opcional de expansión de Referencia de Impulso Maestro/Seguidor de Impulso Aislado, si está instalada. 10 VOLT EXB - selecciona la placa opcional de expansión I/O de Alta Resolución, si está instalada PSI selecciona la placa opcional de expansión de 3-15 PSI. Tachometer - selecciona la placa opcional de Tacómetro CC, si está instalada. Serial - selecciona la placa opcional de expansión de Comunicación en Serie, si está instalada. Nota: Cuando se usa la entrada de 4-20 ma, el puente JP1 en la placa principal de control deberá moverse hacia la izquierda dos pines A. 3-2 PARAMETROS DEL MODO DE PROCESOS MN707

21 Table 3-1 Definiciones de los Bloques de Parámetros, Nivel 1 - Continúa Título del Bloque Parámetro Descripción OUTPUT (Salida) OPTO OUTPUT #1 - #4 Son cuatro salidas digitales ópticamente aisladas que tienen dos estados operativos, Alto o Bajo lógico. Cada salida puede configurarse para cualquiera de las siguientes condiciones: Condición Descripción Ready - (Listo) Está activa al conectarse la alimentación sin que hayan fallas presentes. Zero Speed - (Velocidad Cero) Está activa cuando la frecuencia de salida al motor es inferior al valor del parámetro Zero SPD Set Pt de Salida, Nivel 1. At Speed - (En Velocidad) Está activa cuando la velocidad de salida está dentro del rango de velocidad definido por el parámetro At Speed Band de Salida, Nivel 1. At Set Speed - (En Velocidad Definida) Está activa cuando la velocidad de salida es igual o mayor que el valor del parámetro Set Speed de Salida, Nivel 1. Overload - (Sobrecarga) Está activa durante una falla por sobrecarga causada por una interrupción cuando la corriente de salida ha excedido la corriente nominal. Keypad Control - (Control del Teclado) Está activa en el control Local del Fault - (Falla) Está activa cuando existe una condición de falla. Following ERR - (Error de Seguimiento) Está activa cuando la velocidad del motor está fuera de la banda de tolerancia definida por el parámetro At Speed Band. Direction - (Dirección del ) Está activa en Alta cuando se recibe un mando de dirección REV. Está activa en Baja cuando se recibe un mando de dirección FWD. Drive On - (Control Conectado) Está activa cuando el control está Listo (ha alcanzado su nivel de excitación y es capaz de producir par). CMD Direction - (Dirección del Mando) Está activa en todo momento. El estado de salida lógico indica una dirección de Avance o Reversa. AT Position - (En Posición) Está activa durante un mando de posicionamiento, cuando el control está dentro de la tolerancia del parámetro de banda de posición. Over Temp Warn - (Advertencia - Sobretemperatura) Está activa cuando el disipador térmico del control está dentro de los 3 C de la Sobretemp. Interna. Process Error - (Error de Proceso) Está activa cuando la señal de retroalimen-tación del proceso está dentro de la tolerancia de error de proceso del punto de ajuste del proceso. Queda desactivada al eliminarse el error de retroalimentación del proceso. Drive Run - (Marcha del Control) Está activa cuando la unidad está Lista, Habilitada, y se recibió un mando de Velocidad o Par con indicación de la dirección FWD o REV. PARAMETROS DEL MODO DE PROCESOS 3-3

22 Table 3-1 Definiciones de los Bloques de Parámetros, Nivel 1 - Continúa Título del Bloque Parámetro Descripción OUTPUT (Salida) [Continúa] Analog Output #1 and #2 Dos salidas analógicas lineales de 0-5 VCC pueden ser configuradas para que representen cualquiera de las 19 condiciones siguientes Condición Descripción ABS Speed - (Velocidad Abs.) Representa el valor absoluto de la velocidad del motor, donde 0 VCC = 0 RPM y + 5 VCC = MAX RPM. ABS Torque - (Par Abs.) Representa el valor absoluto del par, donde +5 VCC = Par en CURRENT LIMIT. Speed Command - (Mando de Velocidad) Representa el valor absoluto de la velocidad mandada, donde + 5 VCC = MAX RPM. PWM Voltage - Representa la amplitud del voltaje PWM, donde +5 VCC = Voltaje CA MAX. Flux Current - Retroalimentación de la Corriente de Flujo. Es útil con CMD Flux CUR. CMD Flux CUR - Corriente de Flujo mandada. Current - Amplitud de la corriente continua, incluyendo la corriente de excitación del motor. 2.5 V = Corriente nominal. Load Component - (Componente de Carga) Amplitud de la corriente de carga, sin incluir la corriente de excitación del motor. 2.5 V = Corriente nominal. Quad Voltage - (Voltaje en Cuadratura) Salida del controlador de carga. Es útil para el diagnóstico de problemas en el control. Direct Voltage - Salida del controlador de flujo. AC Voltage - Voltaje de control PWM que es proporcional al voltaje CA terminal entre fases del motor. Centrado en 2.5 V. Bus Voltage - (Voltaje de Bus) 5 V = 1000 VCC. Torque - (Par) Salida de par bipolar. Centrado en 2.5 V, 5 V = Par Positivo Máx., 0 V = Par Negativo Máx. Power - (Potencia) Salida de potencia bipolar. 2.5 V = Potencia Cero, 0 V = Potencia Pico Nominal Negativa, +5 V = Potencia Pico Nominal Positiva. Velocity - Representa la velocidad del motor escalada a 0 V = RPM Negativas Máx., +2.5 V = Velocidad Cero, +5 V = RPM Positivas Máx. Overload - (Sobrecarga) (Corriente acumulada)2 x (tiempo). La sobrecarga ocurre a +5 V. PH 2 Current - (Corriente - Fase 2) Corriente CA muestreada de la fase 2 del motor. 2.5 V = cero amperios, 0 V = amperios pico nominales negativos, +5 V = amperios pico nominales positivos. PH 3 Current - (Corriente - Fase 3) Corriente CA muestreada de la fase 3 del motor. 2.5 V = cero amperios, 0 V = amperios pico nominales negativos, +5 V = amperios pico nominales positivos. Position - Posición dentro de una misma revolución. +5 V = 1 revolución completa. El contador se repondrá a 0 en cada revolución. 3-4 PARAMETROS DEL MODO DE PROCESOS MN707

23 Table 3-1 Definiciones de los Bloques de Parámetros, Nivel 1 - Continúa Título del Bloque Parámetro Descripción Vector Control (Control Vectorial) CTRL BASE Speed Feedback Filter Feedback Align Current PROP Gain Current INT Gain Speed PROP Gain Speed INT Gain Speed DIFF Gain Position Gain Slip Frequency Establece la velocidad en RPM a la cual se alcanza el voltaje de saturación del control. Para valores superiores a este RPM, el control va a producir voltaje constante y frecuencia variable. Un valor mayor proporciona una señal más filtrada, pero a costa de un ancho de banda reducido. Establece la dirección de rotación eléctrica del codificador, igualándola a la del motor. Establece la ganancia proporcional del bucle de corriente. Establece la ganancia integral del bucle de corriente. Establece la ganancia proporcional del bucle de velocidad. Establece la ganancia integral del bucle de velocidad. Establece la ganancia diferencial del bucle de velocidad. Establece la ganancia proporcional del bucle de posición. Este parámetro deberá siempre ponerse en cero al usar el modo de procesos. Establece la frecuencia nominal de deslizamiento del motor. PARAMETROS DEL MODO DE PROCESOS 3-5

24 Table 3-2 Definiciones de los Bloques de Parámetros, Nivel 2 Título del Bloque Parámetro Descripción PROCESS CONTROL (Control de Procesos) Process Feedback Process Inverse Setpoint Source Setpoint Command Set PT ADJ Limit Process ERR TOL Process PROP Gain Process INT Gain Process DIFF Gain Follow I:O Ratio Follow I:O Out Master Encoder Establece el tipo de señal usado para la señal de retroalimentación del proceso. Hace que se invierta la señal de retroalimentación del proceso. Se usa con procesos de acción inversa que utilizan una señal unipolar tal como 4-20 ma. Si está en ON, 20 ma va a disminuir la velocidad del motor, y 4 ma va a aumentar la velocidad del motor. Establece el tipo de señal de entrada de la fuente con la que se va a comparar la retroalimentación del proceso. Si se selecciona Setpoint CMD, el valor fijo del punto de ajuste es introducido en el valor del parámetro Setpoint Command. Establece el valor del punto de ajuste que el control tratará de mantener regulando la velocidad del motor. Esto se usa únicamente cuando el parámetro Setpoint Source está definido como un valor fijo Setpoint CMD. Establece el valor máximo de corrección de la velocidad que será aplicado al motor (en respuesta al error máximo de retroalimentación del punto de ajuste). Por ejemplo, si la velocidad máxima del motor es de 1750 RPM, el error de retroalimentación del punto de ajuste es de 100% y el límite de regulación del punto de ajuste es de 10%, la máxima velocidad a la que funcionará el motor en respuesta al error de retroalimentación del punto de ajuste será de ±175 RPM. Si se está en el punto de ajuste del proceso, la velocidad del motor es de 1500 RPM y los límites de ajuste máximo de la velocidad son de 1325 a 1675 RPM. Establece el ancho de la banda de comparación (% del punto de ajuste) con la que se va a comparar la entrada del proceso. Como resultado, si la entrada del proceso está dentro de la banda de comparación, la Salida Opto correspondiente va a activarse. Establece la ganancia proporcional del bucle PID (proporcional-integral-diferencial). Esto determina en cuánto se regulará la velocidad del motor (dentro de lo fijado en Set PT ADJ Limit) para llevar la entrada analógica al punto de ajuste. Establece la ganancia integral del bucle PID. Esto determina la rapidez de ajuste de la velocidad del motor para corregir un error prolongado. Establece la ganancia integral del bucle PID. Esto determina cuánto se ajustará la velocidad del motor (dentro de lo fijado en Set PT ADJ Limit) para los errores transitorios. Establece la razón (relación) del Maestro al Seguidor en las configuraciones Maestro/ Seguidor. Requiere la placa de expansión Master Pulse Reference/Isolated Pulse Follower (referencia de impulso maestro/seguidor de impulso aislado). Por ejemplo: el codificador maestro que se desea seguir es un codificador de 1024 cuentas. El motor seguidor que se desea controlar tiene también un codificador de 1024 cuentas. Si se desea que el seguidor funcione al doble de velocidad que el maestro, se debe introducir una razón de 1:2. Las razones fraccionarias tales como 0.5:1 se introducen como 1:2. Los límites de las razones van desde 1: a 20:1. Nota: El parámetro Master Encoder (codificador maestro) deberá estar definido cuando se introduce un valor en el parámetro Follow I:O Ratio. Nota: Cuando se usan Comunicaciones en Serie para operar el control, este valor será la parte de MASTER de la razón. La parte de FOLLOWER de la razón se determina en el parámetro Follow I:O Out. Este parámetro se usa únicamente cuando se utilizan Comunicaciones en Serie para operar el control. Se requiere una placa de expansión Master Pulse Reference/Isolated Pulse Follower. Este parámetro representa la parte de FOLLOWER de la razón. La parte de MASTER de la razón se determina en el parámetro Follow I:O Ratio. Es usado únicamente si se ha instalado una placa opcional de expansión Master Pulse Reference/Isolated Pulse Follower. Define el número de impulsos por revolución del codificador maestro. Se usa únicamente para unidades con seguidores. 3-6 PARAMETROS DEL MODO DE PROCESOS MN707

25 Instalación Una vez que se hayan identificado las entradas del proceso, deberá conectarse el cableado del control. Todo el cableado externo del control deberá hacerse pasar por un conducto, separado de todo otro cableado. Se recomienda usar cables de pares retorcidos apantallados (blindados) para todas las conexiones de control.la pantalla del cableado de control deberá conectarse a la tierra analógica en el control únicamente. El otro extremo de la pantalla deberá adherirse con cinta a la chaqueta del cable para evitar cortocircuitos eléctricos. Entradas de Mando Analógicas En el bloque de terminales de la tarjeta de control hay dos entradas analógicas disponibles. La selección del parámetro POTENTIOMETER está disponible en los terminales 1 y 2. En el Modo de Procesos, la selección del parámetro POTENTIOMETER va a admitir un voltaje positivo o negativo. La selección del parámetro +/ 10 VOLTS está disponible en los terminales 4 y 5. La selección del parámetro 4 TO 20 ma está disponible en los terminales 4 y 5, haciendo el debido cambio de puentes en la tarjeta de control. Para la información correcta sobre los puentes, consulte el manual que se suministra con el control. La entrada analógica en los terminales 4 y 5 admite una tensión diferencial de +/ 10 Voltios. La entrada está separada ( buffered ) para ofrecer un aislamiento de modo común de 40 db con hasta +/ 15 Voltios de modo común en relación al común de la tarjeta de control. Salidas de Monitoreo Analógicas Específicas al Modo de Procesos Nombre Descripción Process FDBK Entrada escalada de Retroalimentación del Proceso. Es útil para observar o sintonizar el bucle de control del proceso. Setpoint CMD Entrada escalada de Mando del Punto de Ajuste. Es útil para observar o sintonizar el bucle de control del proceso. Speed Command Velocidad Mandada del. Es útil para observar o sintonizar la salida del bucle de control. Salidas Opto Aisladas Específicas al Modo de Procesos Nombre Process Error Descripción Está cerrada toda vez que la retroalimentación del proceso está dentro de la banda de tolerancia especificada por el usuario, y está abierta cuando la retroalimentación del proceso está por fuera de la banda de tolerancia. La banda de tolerancia se ajusta con el parámetro PROC ERR TOL (tolerancia del error del proceso). 2-2 Instalacion y Seleccion De Entradas

26 Figura 2-12 Modo de Procesos (18H, 20H y 23H únicamente) J1 ANALOG GND 1 23 A ANALOG INPUT A Nota 1 Pot. de Mando 5k POT REFERENCE 3 25 B ANALOG INPUT +2 Nota B Diferencial ±5VDC, Entrada del ANALOG INPUT 2 ±10VCC o 4-20mA 5 27 INDEX Codificador ANALOG OUT 1 Salida Programable 0-5V (Preaj. de Fábrica: Velocidad) Nota INDEX Salida Programable 0-5V (Preaj. de Fábrica: Corriente) ANALOG OUT VDC Enable 8 30 COMMON Notas: Forward 9 31 A 1. Consultar Entradas Analógicas. Reverse A 2. Consultar Salidas Analógicas. Tabla Select B 3. Consultar Salidas Opto Aisladas. Speed/Torque B Salida de 4. Para una entrada de 4-20mA, mover el Process Mode Enable Codificador puente JP1 en la placa principal de control INDEX Separada dos pines hacia la izquierda. Jog INDEX Fault Reset Not Used External Trip COMMON Opto Input Common VDC Opto Out Common OPTO IN POWER OPTO OUT # OPTO OUT #1 RETURN OPTO OUT #2 Nota OPTO OUT #2 RETURN OPTO OUT # OPTO OUT #3 RETURN OPTO OUT # OPTO OUT #4 RETURN Par para Apretar Terminales = 7 Lb-in (0.8 Nm). J1-8 ABIERTO inhabilita el control y el motor para por inercia. CERRADO permite que circule corriente en el motor y produzca par. J1-9 CERRADO habilita la operación en dirección de Avance. ABIERTO inhabilita la operación en dirección de Avance. La parada será por inercia o por frenado dependiendo del ajuste del parámetro de modo de Parada Teclado. J1-10 CERRADO habilita la operación en dirección Reversa. ABIERTO inhabilita la operación en Reversa. La parada será por inercia o por frenado dependiendo del ajuste del parámetro de modo de Parada Teclado. J1-11 ABIERTO = TABLA 0, CERRADO = TABLA 1 J1-12 CERRADO pone al control en modo de par ABIERTO pone al control en modo de velocidad. J1-13 CERRADO habilita el Modo de Procesos. J1-14 CERRADO pone al control en modo de JOG. El control va hacer el jog sólo en dirección de avance. J1-15 ABIERTO para la marcha. CERRADO para reponer una condición de falla. J1-16 ABIERTO hace que el control reciba un Disparo Externo (cuando está programado en ON ). Cuando ésto ocurre, se emite el mando de parada del motor, la operación del control concluye, y se exhibe un error por disparo externo en el display del teclado (es también anotado en el registro de errores). Instalacion y Seleccion De Entradas 2-3