Controladores Digitales de Procesos OMRON E5EK y E5CN-H

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1 1 Controladores Digitales de Procesos OMRON E5EK y E5CN-H Objetivos específicos Conocer controladores digitales de procesos utilizados en la industria. Conectar el controlador E5EK o E5CN-H a un proceso cuya variable esté acondicionada a un rango de voltaje de 0 a 10V. Configurar el controlador de forma básica para manejar el proceso. Asignar los parámetros del controlador PID por medio de un proceso de autosintonía. Facultad: Ingeniería. Escuela: Electrónica. Asignatura: Control Digital. Lugar de ejecución: Instrumentación y Control (Edificio 3, 2da planta) Analizar la respuesta del sistema al variar distintos puntos de consigna. Materiales y equipo 1 Fuente de alimentación 15 VCD [SO3538-8D] 1 Amplificador de potencia [SO3536-7Q] 1 Sistema controlado de temperatura [SO3536-8T] 1 Controlador de procesos E5EK o E5CN-H 1 Cable de alimentación para 120VAC 1 Resistencia de 500 ohms 1 Destornillador de cruz 8 Puentes 1 Switch 4 Cables de Conexión con terminales de 4mm a 2mm 1 Multímetro Introducción Teórica En la Figura 1 se presentan los controladores de procesos a estudiar en esta práctica

2 2 Control Digital. Guía 4 Figura 1. Controladores Digitales de Procesos OMRON (a)e5ek (b)e5cn-h Algunas características de los controladores digitales avanzados de procesos: Estructura modular Alta precisión: Períodos de muestreo de 100 ms (para entrada analógica) para el E5EK y de 60ms para el E5CN-H. Control PID con auto-tuning o self-tuning mediante lógica fuzzy, seleccionable. Conforme con las normas sobre seguridad y compatibilidad electromagnética (EMC) internacionales. Grado de protección del panel frontal IP66/NEMA4 (para uso interior) Comunicaciones serie (RS-232C, RS-422 y RS-485) y salida de transferencia (4 a 20 ma). Modelo de control de válvula motorizada. Control de calor/frío. También hay disponibles modelos de 24 Vc.a./Vc.c. En la Figura 2. se presenta la descripción de las partes del panel frontal de los controladores.

3 3 Figura 2. Descripción de las partes del Panel Frontal (a)e5ek (b)e5cn-h Display 1: indica los valores actuales del proceso o nombre del parámetro. Display 2: indica el punto de consigna, la variable manipulada o la selección de los parámetros. Indicadores de operación: OUT 1: Se encenderá cuando se active la SALIDA DE CONTROL 1 OUT 2: Se encenderá cuando se active la SALIDA DE CONTROL 2 SUB 1: Se encenderá cuando se active la SALIDA AUXILIAR 1 SUB 2: Se encenderá cuando se active la SALIDA AUXILIAR 2 MANU: Se encenderá en el modo de operación manual. STOP: Se encenderá cuando pare la operación. AT (Auto-tuning): parpadeara durante el ajuste automático. Tecla A/M: cambia entre la operación automática y manual. Tecla de nivel: cambia entre los diferentes niveles (ajuste, inicial y comunicaciones) Tecla de modo: selecciona parámetros. Tecla abajo: pulsando esta tecla disminuye el valor del display Nº 2. Tecla arriba: pulsando esta tecla aumenta el valor del display Nº 2. El cableado de los terminales en la parte posterior de los controladores se presenta en las siguientes figuras.

4 4 Control Digital. Guía 4 Figura 3. Disposición de terminales de los controladores OMRON (a) E5EK (b)e5cn-h Fuente de Alimentación Se debe conectar la alimentación a los terminales 9 y 10 tanto para el E5EK como para el E5CN-H, según diferentes modelos de controlador se requerirá alguna de las especificaciones siguientes: AC V, 50/60Hz, 15VA o AC/DC24V, 50/60Hz, 12VA 8W, en el caso de los controladores con los que se cuenta en el laboratorio será la primera. Entrada Las entradas de los controladores se conectarán según se requiera, para el OMRON E5EK en los terminales 11 a 14 y 23, como se muestra en la Figura 4(a), mientras que para el OMRON E5CN-H en los terminales 3,4 y 5 como se muestra en la Figura 4(b) Figura 4. Cableado de las diferentes opciones de entrada (a)e5ek (b)e5cn-h Salida de control En el OMRON E5EK los terminales 7 y 8 son utilizados para la salida de control 1 (OUT1), y los

5 5 terminales 5 y 6 para la salida de control 2 (OUT2), mientras que para el E5CN-H para la salida de control 1 se utilizan los terminales 1 y 2. Figura 5. Cableado para la Salida de Control (a)e5ek (b)e5cn-h Cómo leer los signos de pantalla. Las siguientes tablas muestran la correspondencia entre los símbolos que aparece en los display 1 y 2 y caracteres del alfabeto. Procedimiento Figura 6. Lectura de caracteres en Displays 1 y 2 NOTA: Para mayor referencias de los procedimientos presentados se recomienda la lectura de los manuales de los controladores a los que se hace referencia en la bibliografía. 1. Dependiendo del controlador que se le ha asignado siga el procedimiento correspondiente. CONTROLADOR DIGITAL OMRON E5EK Parte I. Implementación del sistema. NOTA 1: NO mantener pulsado simultáneamente los botones de TECLA DE MODO y TECLA A/M por más de 1 segundo, pues esto hará que se habilite el Modo de Protección del controlador y puede ocurrir que se cambien los parámetros preestablecidos del controlador; si

6 6 Control Digital. Guía 4 llega a pasar esto por accidente, NO se precipite a pulsar ninguna otra tecla, solo mantenga nuevamente pulsado simultáneamente los botones de TECLA DE MODO y TECLA A/M por 1 segundo para que vuelva a su interfaz principal. 1. Conecte los terminales de alimentación del Controlador E5EK (ver Figura 3(a)) (aún no lo conecte al toma corriente). 2. Implemente el sistema que se muestra en la Figura 7. Figura 7. Esquema de conexión a realizar entre el sistema y el E5EK 3. Los terminales de salida del controlador E5EK (terminales 8+ y 7-, ver Figura 5(a) se han conectado en paralelo con una resistencia de 500 ohmios Cual considera que es la función de esta resistencia? La Variable de Proceso se está ingresando al controlador en un rango de 0 a 10V, la salida del controlador tendría un máximo de 10 V. 4. Si está seguro de las conexiones conecte únicamente la alimentación del E5EK. Parte II. Configuración de entrada. Los datos del sistema a parametrizar en el controlador son los siguientes:

7 7 Input type = 21 (0 a 10V) scaling upper limit value = 1000 scaling lower limit value = 0000 decimal point = 1 Para colocar estos datos siga el procedimiento que se muestra a continuación. 5. Seleccione el menú display para ello presione por 1 segundo la tecla de modo, aparecerá en el display 1 la palabra Menú, usando las teclas o busque el modo de configuración, deberá aparecer en el display 2 (modo configuración). 6. En la Figura 8 se muestra el modo de acceso para los diferentes opciones del Menú, tal como aparece ahí presione por 1 segundo la tecla configuración. para entrar al modo de 7. El más alto parámetro en el modo configuración input type es desplegado. El parámetro por defecto es 2, presione la tecla hasta que el display indique 21.La Tabla 1 muestra los distintos tipos de entrada disponibles. 8. Presione brevemente la tecla para fijar el valor configurado. El display cambia hacia (parámetro scaling upper limit value ). El parámetro por defecto es 100, presione la tecla hasta que el display indique Presione brevemente la tecla para fijar el valor configurado. El display cambia hacia (parámetro scaling lower limit value ). El parámetro por defecto es 0 10.Deje este parámetro como está y presione la tecla para fijar el valor configurado. El display cambia hacia (parámetro decimal point ). El parámetro por defecto es Presione la tecla hasta que el display indique 1. Parte III. Configuración de salida. Para este ejercicio se necesitan las siguientes configuraciones: control output 1 assignment = control output (heat) control output 2 assignment = alarm output 1 direct/reverse operation = reverse operation control period = 20 secs (No hay acceso a esta propiedad en la salida de corriente) run/stop = run

8 8 Control Digital. Guía 4 Figura 8. Modos de acceso a los diferentes menús 12.Estando siempre en el modo de configuración, presione la tecla hasta llegar a (parámetro control output 1 assignment ) es mostrado. El parámetro por defecto es. 13.Como ese es el valor a dejar para este ejercicio presione la tecla El display cambia a (parámetro control output 2 assignment ), el parámetro por defecto es Como ese es el parámetro a dejar presione la tecla varias veces hasta que (parámetro direct/reverse operation ) aparece. El parámetro por defecto es (reverse operation).

9 9 Tabla 1. Tipo de entrada E5EK Parte IV. Configuración de tipos de alarma Tres tipos de salidas de alarma son soportadas: alarmas 1 a 3. De estas sólo la alarma asignada como salida puede ser usada. Las condiciones de salida de alarma son determinadas de acuerdo a la combinación de los parámetros alarm type (tipo de alarma), alarm value (valor de alarma) y alarm hysteresis (histéresis de alarma). Las condiciones de los contactos cuando la salida de alarma está encendida ON puede ser puesto como abierto open o cerrado closed en el parámetro close in alarm/open in alarm. La Tabla 2 muestra los tipos de alarma soportados por el E5EK y sus respectivas operaciones.

10 10 Control Digital. Guía 4 Tabla 2. Tipos de salida de alarma para el E5EK 14. Siempre en el modo de configuración presione varias veces la tecla hasta que (parámetro alarm type 1 ) es mostrado. El parámetro por defecto es 2: deviation upper limit. 15. Presione la tecla para cambiarlo a 1: deviation upper and lower limit. 16. Presione la tecla por 1 segundo para salir del modo de configuración y volver al menú, usando las teclas o, ubíquese en el modo de nivel Presione por un segundo la tecla para entrar al modo de nivel 1. El parámetro de más arriba en el modo de nivel 1 ( AT execute/cancel ) es mostrado.

11 Presione la tecla hasta que (parámetro alarm value ) es mostrado. 19. Para este ejercicio el parámetro configurado es 0.0 así que presione la tecla hasta que el valor 10.0 es mostrado. Parte V. Arranque y Paro de la operación. 20.Regrese al menú presionando la tecla (modo de nivel 0) usando las teclas o. por un segundo y seleccione 21.Presione por un segundo la tecla para entrar al modo de nivel 0, el PV (Valor de proceso) y el SV (Set Value o consigna) son mostrados. 22.Presione varias veces la tecla hasta que aparezca (parámetro run/stop ). 23.Presione la tecla para seleccionar. El LED STOP enciende y la operación se detiene. 24.Para reiniciar la operación siga el procedimiento anterior y seleccione El LED STOP se apaga y la operación comienza, presione brevemente la tecla se muestre de nuevo PV y SV. Parte VI. Auto- sintonía para que 25.Encienda la fuente de voltaje de +/- 15V para alimentar al sistema, ponga una referencia de 70.0 usando las teclas o, el display que muestra la PV debe estar mostrando el valor escalado en grados celsius de la entrada de voltaje. 26.Cierre el interruptor del sistema térmico y siga configurando los parámetros PID por medio de Auto-sintonía. 27.Se requiere que el controlador esté en modo RUN, tal como se dejó en el paso 24, si no fue así repita los pasos del 22 al Regrese al menú presionando la tecla (modo nivel 1) usando las teclas o. por un segundo y seleccione 29.Presione la tecla para entrar al modo nivel 1. El parámetro de más arriba en el modo de configuración AT execute/cancel es mostrado. En este ejercicio el parámetro configurado por defecto es AT cancel. 30.Presione la tecla para especificar. 31.El LED AT destella, y la ejecución de la Auto-sintonía comienza. Cuando el LED AT se apaga (fin de la ejecución de auto-sintonía), el parámetro automáticamente retorna a ( AT cancel ). 32.Regrese al menú y luego al modo de nivel 0 para ver el PV y SV. 33.Compruebe los ajustes variando la referencia entre 70.0 y 90.0 y verifique con el multímetro lo que sucede en la salida de temperatura en el simulador.

12 12 Control Digital. Guía 4 CONTROLADOR DIGITAL OMRON E5 CN-H Parte I. Implementación del sistema. NOTA 1: NO mantener pulsado simultáneamente los botones de TECLA DE NIVEL y TECLA DE MODO por más de 3 segundos, pues esto hará que se habilite el Modo de Protección del controlador y puede ocurrir que se cambien los parámetros preestablecidos del controlador; si llega a pasar esto por accidente, NO se precipite a pulsar ninguna otra tecla, solo mantenga nuevamente pulsado simultáneamente los botones de TECLA DE NIVEL y TECLA DE MODO por 3 segundos para que vuelva a su interfaz principal. 1. Conecte los terminales de alimentación del Controlador E5CN-H (ver Figura 3(b)) (aún no lo conecte al toma corriente). 2. Implemente el sistema que se muestra en la Figura 9. Figura 9. Esquema de conexión a realizar entre el sistema y el E5CN-H 3. La Variable de Proceso se está ingresando al controlador en un rango de 0 a 10V, la salida del controlador tendría un máximo de 10 V. Si está seguro de las conexiones conecte únicamente la alimentación del E5CN-H.

13 13 Parte II. Configuración de entrada. Los datos del sistema a parametrizar en el controlador son los siguientes: Input type = 29 (0 a 10V) scaling upper limit value = 1000 scaling lower limit value = 0000 decimal point = 1 Para poner estos datos siga el procedimiento que se muestra a continuación. 4. Para ingresar al nivel de configuración inicial presione la tecla de nivel al menos 3 segundos deberá mostrarse en el display 1 Input type, presione las teclas o hasta que el display indique 29. La Tabla 3 muestra los distintos tipos de entrada disponibles. 5. Presione brevemente la tecla de modo para fijar el valor configurado. El display cambia hacia (parámetro scaling upper limit value ). El parámetro por defecto es 100, presione la tecla hasta que el display indique Presione brevemente la tecla para fijar el valor configurado. El display cambia hacia (parámetro scaling lower limit value ). El parámetro por defecto es Deje este parámetro como está, presione la tecla para fijar el valor configurado. El display cambia hacia (parámetro decimal point ). El parámetro por defecto es Presione la tecla hasta que el display indique 1. Parte III. Configuración de salida. Para este ejercicio se necesitan las siguientes configuraciones: control output 1 assignment = control output (heating) control output 2 assignment = alarm output 1 direct/reverse operation = reverse operation run/stop = run 9. Estando siempre en el modo de configuración inicial, presione varias veces la tecla hasta que se muestre en el display 1 (parámetro direct/reverse operation ) con las teclas o seleccione (reverse), presione para fijar el valor. 10. presione la tecla hasta que aparezca en el display 1 ( Parámetro standard o Heating/Cooling ), dentro de esta opción seleccione con las teclas o

14 14 Control Digital. Guía 4 la opción luego presione para fijar el valor. 11.Presione la tecla varias veces hasta que se muestre en el display 1 (parámetro para moverse al nivel de configuración de funciones avanzadas), luego presione la tecla hasta que se muestre el valor de -169 que es la contraseña para moverse del nivel de configuración inicial al nivel de configuración de funciones avanzadas. Tabla 3. Tipos de Entrada E5CN-H

15 15 12.Presione varias veces la tecla hasta que se muestre en el display 1 (parámetro control output 1 assignment ), el valor por defecto es, como ese es el valor a dejar para este ejercicio presione la tecla para fijar el valor. 13.Presione la tecla por 1 segundo para volver a la configuración del nivel inicial (se muestra ). Parte IV. Configuración de tipos de alarma Tres tipos de salidas de alarma son soportadas: alarmas 1 a 3. De estas sólo la alarma asignada como salida puede ser usada. Las condiciones de salida de alarma son determinadas de acuerdo a la combinación de los parámetros alarm type (tipo de alarma), alarm value (valor de alarma) y alarm hysteresis (histéresis de alarma). Las condiciones de los contactos cuando la salida de alarma está encendida ON puede ser puesto como abierto open o cerrado closed en el parámetro close in alarm/open in alarm. La Tabla 4 muestra los tipos de alarma soportados por el E5CN-H y sus respectivas operaciones. 14. En el modo de configuración de nivel inicial presione la tecla hasta que (parámetro alarm type 1 ) es mostrado. El parámetro por defecto es 2: deviation upper limit. 15. Presione la tecla para cambiarlo a 1: deviation upper and lower limit. 16. Presione la tecla por un segundo para volver al modo de operación, PV y SV son mostrados. 17.Presione varias veces la tecla hasta que se muestre en el display 1 con las teclas o cambie el valor a Presione la tecla hasta que,limite superior del valor de alarma es mostrado.

16 16 Control Digital. Guía 4 Tabla 4. Tipos de salida de alarma para el E5CN-H 19.Presione la tecla o hasta que el valor 10.0 es mostrado. Parte V. Arranque y Paro de la operación. 20.Presione la tecla varias veces hasta que se muestre en el display 1, presione la

17 17 tecla o para seleccionar. un indicador en pantalla con la palabra STOP enciende y la operación se detiene. 21.Para reiniciar la operación siga el procedimiento anterior y seleccione El indicador STOP se apaga y la operación comienza, presione la tecla por tres segundos para volver al modo de configuración inicial (se muestra ) y luego presionela de nuevo por un segundo para entrar al modo de operación para que se muestre de nuevo PV y SV. Parte VI. Auto- sintonía 22.Encienda la fuente de voltaje de +/- 15V para alimentar al sistema, ponga una referencia de 70.0 usando las teclas o, el display que muestra la PV debe estar mostrando el valor escalado en grados celsius de la entrada de voltaje. 23.Cierre el interruptor del sistema térmico y siga configurando los parámetros PID por medio de Auto-sintonía. 24.Se requiere que el controlador esté en modo RUN, tal como se dejó en el paso 21, si no fue así repita los pasos 20 y Presione la tecla por 1 segundo, para entrar al nivel de ajuste, en el display se muestra, presione la tecla hasta que aparezca en el displaly 1 AT execute/cancel. En este ejercicio el parámetro configurado por defecto es AT cancel. 26.Presione la tecla para especificar 27.El indicador en pantalla AT destella, y la ejecución de la Auto-sintonía comienza. Cuando el indicador AT se apaga (fin de la ejecución de auto-sintonía), el parámetro automáticamente returna a ( AT cancel ) 28.presione la tecla por tres segundos para volver al modo de configuración inicial y luego presionela de nuevo por un segundo para entrar al modo de operación para que se muestre de nuevo PV y SV. 29.Compruebe los ajustes variando la referencia entre 70.0 y 90.0 y verifique con el multímetro lo que sucede en la salida de temperatura en el simulador. Análisis de Resultados 1. Al variar la referencia en el sistema térmico pudo notar si se da un sobre impulso después de haber ejecutado la auto-sintonía o la respuesta fue suave. 2. Esquematice las conexiones para controlar con el E5EK o el E5CN-H un motor DC que tiene una dinamo que provee voltaje de 0 a 10V para indicar la velocidad del motor de 0 a 5000 r.p.m indique cuáles parámetros debería variar con respecto a lo que se hizo con este experimento.

18 18 Control Digital. Guía 4 3. Además de procesos de temperatura Qué otros usos puede tener el E5EK o el E5CN-H en instrumentación? (considere las opciones de comunicación) Investigación Complementaria 1. Investigue acerca de controladores SIEMENS y sus posibilidades de auto-sintonía y comunicación 2. Investigue qué otras opciones de hardware de comunicación y de salida analógica presenta este controlador. 3. Podrá la computadora personal ser utilizada como controlador digital? Bibliografía 1. OMRON E5EK Digital Controller User's Manual Cat. No. H085-E1-03 disponible en: /H085E103E5EKUsersManual.pdf 2. OMRON E5CN-H E5AN-H E5EN-H Digital Controllers User's Manual advanced type Cat. No. H157-E1-03 disponible en:

19 19 Hoja de cotejo: 4 Guía 4: Controladores Digitales de Procesos OMRON E5EK y E5CN-H 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 (20%) El sistema no se podía controlar correctamente (20%) No concluyó de forma coherente a los resultados registrados. (30%) ACTITUD 2.5 Es un observador pasivo. TOTAL 100 % 2.5 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 (20%) El sistema se controló correctamente después de intervención del docente (20%) 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.(20%) El sistema se controló correctamente (20%) 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.

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