Controladores Digitales de Procesos OMRON E5CN-H y E5CC.

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1 1 Facultad: Ingeniería. Escuela: Electrónica. Asignatura: Control Digital. Lugar de ejecución: Instrumentación y Control (Edificio 3, 2da planta) Controladores Digitales de Procesos OMRON E5CN-H y E5CC. Objetivos específicos Conocer controladores digitales de procesos utilizados en la industria. Conectar los controladores E5CN-H y E5CC a un proceso cuya variable esté acondicionada a un rango de voltaje de 0 a 10V. Configurar los controladores de forma básica para manejar el proceso. Asignar los parámetros del controlador PID por medio de un proceso de auto-sintonía. 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 E5CN-H 1 Controlador de procesos E5CC 1 Cable de alimentación para VAC 1 Resistencia de 500 ohms 1 Destornillador para bornera 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) E5CN-H y (b) E5CC. Algunas características de los controladores digitales avanzados de procesos: Estructura modular Alta precisión: Períodos de muestreo de 60ms para el E5CN-H y 50ms para el E5CC. Control PID con auto-tuning o self-tuning mediante lógica difusa, 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). Control de calor/frío. También hay disponibles modelos de 24 VAC/VCC. En la Figura 2 se presenta la descripción de las partes del panel frontal de los controladores. 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: OUT1: Se encenderá cuando se active la SALIDA DE CONTROL 1 SUB1: Se encenderá cuando se active la SALIDA AUXILIAR 1 SUB2: 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 TUNE: enciende durante el auto-tuning y parpadea durante el self-tuning Tecla de nivel: cambia entre los diferentes niveles (ajuste, inicial y comunicaciones)

3 3 Tecla de modo: selecciona parámetros Tecla abajo: pulsando esta tecla disminuye el valor del display 2 Tecla arriba: pulsando esta tecla aumenta el valor del display 2 Tecla de shift: pulsando esta tecla cambia el dígito Figura 2. Descripción de las partes del Panel Frontal (a) E5CN-H y (b) E5CC. El cableado de los terminales en la parte posterior de los controladores se presenta en las siguientes figuras: Figura 3. Disposición de terminales de los controladores OMRON (a) 5CN-H y (b) E5CC. Fuente de Alimentación Se debe conectar la alimentación al controlador E5CN-H en los terminales 9 y 10, mientras que para el E5CC la alimentación debe ir en los terminales 11 y 12, según diferentes modelos de controlador se requerirá alguna de las especificaciones siguientes: AC V, 50/60Hz, 15VA ó 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

4 4 Control Digital. Guía 4 E5CN-H en los terminales 3,4 y 5 como se muestra en la Figura 4(a) y para el OMRON E5CC en los terminales 4, 5 y 6 como puede verse en la Figura 4(b). Figura 4. Cableado de las diferentes opciones de entrada (a)e5cn-h y (b) E5CC. Salida de control Tanto para E5CN-H como para el E5CC para la salida de control 1 se utilizan los terminales 1 y 2. Figura 5. Cableado para la Salida de Control (a)e5cn-h y (b) E5CC. Cómo leer los signos de pantalla. La siguiente tabla muestra la correspondencia entre los símbolos que aparece en los display 1 y 2 y caracteres del alfabeto. Procedimiento Tabla 1. 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. Dependiendo del controlador que se le ha asignado iniciará cada grupo la configuración correspondiente, luego intercambian los controladores. CONTROLADOR DIGITAL OMRON E5CN-H Parte I. Implementación del sistema. 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

5 5 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 3a) al cable de alimentación, pero no lo conecte aún al toma corriente. 2. Implemente el sistema que se muestra en la Figura 6. Figura 6. Esquema de conexión a realizar entre el sistema y el E5CN-H. 3. La variable de proceso se estará ingresando al controlador en un rango de 0 a 10V y la salida del controlador también tendrá un máximo de 10V. Pida al docente de laboratorio que revise las conexiones. Si todo está bien energice únicamente al E5CN-H. Parte II. Configuración de entrada y tipo de control. 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

6 6 Control Digital. Guía 4 Para poner estos datos siga el procedimiento que se muestra a continuación: 4. Teniendo el cuidado de no tocar la parte de atrás del controlador, presione la tecla de nivel al menos 3 segundos para ingresar al Nivel de selección inicial, deberá mostrarse en el display 1 Input type, presione las teclas o hasta que el display 2 indique 29. La Tabla 2 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 2 indique Tabla 2. Tipos de Entrada para el E5CN-H.

7 7 6. 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, presione varias veces la tecla hasta que se muestre en el display Con las teclas o coloque en el display 2 la opción (PID). Parte III. Configuración de salida. Para este ejercicio se necesitan las siguientes configuraciones: control output 1 assignment = control output (heating) Auxiliar output 1 assignment = alarm output 1 direct/reverse operation = reverse operation run/stop = run 10.Estando siempre en el Nivel de selección inicial, presione la tecla aparecerá en el display 1 (Parámetro standard o Heating/Cooling ), dentro de esta opción seleccione con las teclas o la opción, luego presione para fijar el valor. 11.Presione varias veces la tecla hasta que se muestre en el display 1 (parámetro direct/reverse operation ) con las teclas seleccione (reverse), presione para fijar el valor. 12. Presione la tecla varias veces hasta que se muestre en el display 1 (parámetro para moverse del Nivel de selección inicial al Nivel de ajuste de función avanzada ), luego presione la tecla hasta que se muestre el valor de -169 en el display 2 que es la contraseña para moverse al Nivel de ajuste de función avanzada, al colocar el valor, el controlador automáticamente pasará a las configuraciones avanzadas, se mostrará. 13. Presione varias veces la tecla hasta que se muestre en el display 1 (parámetro control output 1 assignment ), el valor por defecto es (Control Output (Heating)), como ese es el valor a o

8 8 Control Digital. Guía 4 dejar para este ejercicio presione la tecla para fijar el valor. 14. Aparecerá, el valor por defecto es, deje este valor y presione la tecla para fijar el valor. 15. Presione la tecla al menos por 1 segundo para volver al Nivel de selección 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 3 muestra los tipos de alarma soportados por el E5CN-H y sus respectivas operaciones.

9 9 Tabla 3. Tipos de salida de alarma para el E5CN-H y E5CC. 16. En el Nivel de selección inicial presione la tecla varias veces hasta que (parámetro alarm type 1 ) es mostrado. El parámetro por defecto es 2: deviation upper limit. 17. Presione la tecla para cambiarlo a 1: deviation upper and lower limit, presione la tecla para fijar el valor. 18. Presione la tecla al menos por un segundo para volver al Nivel de operación, PV y SV son mostrados.

10 10 Control Digital. Guía 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. 21. Presione la tecla o hasta colocar el valor Presione la tecla, se mostrará, coloquele también el valor de 2.0. Parte V. Arranque y Paro de la operación. 23. Estando siempre en el Nivel de operación, presione la tecla varias veces hasta que se muestre en el display 1, presione la tecla o para seleccionar. un indicador en pantalla con la palabra STOP enciende y la operación se detiene. 24. Para reiniciar la operación siga el procedimiento anterior y seleccione, el indicador STOP se apaga y la operación comienza, presione la tecla de PV y SV. Parte VI. Auto-sintonía hasta que se vean de nuevo los valores 25. Encienda la fuente de voltaje de +/- 15V para alimentar al sistema, ponga una referencia de 70.0 usando las teclas o, el display 2 que muestra la PV debe estar mostrando el valor escalado en grados celsius de la entrada de voltaje. 26. Cierre el interruptor que colocó en el 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. 28. Presione la tecla por menos de 1 segundo, para entrar al Nivel de ajuste, se mostrará en el display, presione la tecla hasta que aparezca en el display 1 AT execute/cancel. En este ejercicio el parámetro configurado por defecto es AT cancel. 29. Presione la tecla para especificar. 30. 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 retorna a ( AT cancel ), espere a que esto ocurra. 31. Presione la tecla por tres segundos para volver al Nivel de selección inicial y luego presiónela de nuevo por un segundo para

11 11 entrar al Nivel de operación para que se muestre de nuevo PV y SV. 32. 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 El controlador estabiliza el valor de temperatura en el valor deseado?. 33. Desenergice y desconecte los equipos. CONTROLADOR DIGITAL OMRON E5CC Parte I. Implementación del sistema. 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 E5CC (Ver Figura 3b) al cable de alimentación, pero no lo conecte aún al toma corriente. 2. Implemente el sistema que se muestra en la Figura 7. Los terminales de salida del controlador E5CC (terminales 1+ y 2-, ver Figura 5a) se han conectado en paralelo con una resistencia de 500 ohmios Cual considera que es la función de esta resistencia?. 3. La variable de proceso se estará ingresando al controlador en un rango de 0 a 10V y la salida del controlador también tendrá un máximo de 10V. Pida al docente de laboratorio que revise las conexiones. Si todo está bien energice únicamente al E5CC.

12 12 Control Digital. Guía 4 Figura 7. Esquema de conexión a realizar entre el sistema y el E5CC. Parte II. Configuración de entrada y tipo de control. 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. Teniendo el cuidado de no tocar la parte de atrás del controlador, presione la tecla de nivel al menos 3 segundos para ingresar al Nivel de selección inicial, deberá mostrarse en el display 1 Input type, presione las teclas o hasta que el display 2 indique 29. La Tabla 4 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 2 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.

13 13 Tabla 4. Tipos de Entrada para el E5CC. 7. 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, presione varias veces la tecla hasta que se muestre en el display Con las teclas o coloque en el display 2 la opción (PID). Parte III. Configuración de salida. Para este ejercicio se necesitan las siguientes configuraciones: control output 1 assignment = control output (heating) (0-20mA) Auxiliar output 1 assignment = alarm output 1 direct/reverse operation = reverse operation run/stop = run

14 14 Control Digital. Guía 4 10.Estando siempre en el Nivel de selección inicial, presione la tecla y aparecerá en el display 1 (Parámetro standard o Heating/Cooling ), dentro de esta opción seleccione con las teclas o la opción, luego presione para fijar el valor. 11.Presione varias veces la tecla hasta que se muestre en el display 1 (parámetro direct/reverse operation ) con las teclas seleccione (reverse), presione para fijar el valor. 12.Presione la tecla varias veces hasta que se muestre en el display 1 (Parámetro señal de salida de control), con las teclas seleccione (0-20mA), luego presione la tecla para fijar el valor. 13.Presione la tecla varias veces hasta que se muestre en el display 1 (parámetro para moverse al Nivel de selección de funciones avanzadas ), luego presione la tecla hasta que se muestre el valor de -169 en el display 2 que es la contraseña para moverse al Nivel de selección de funciones avanzadas, al colocar el valor, el controlador automáticamente pasará a las configuraciones avanzadas, se mostrará inicialmente. 14.Presione varias veces la tecla hasta que se muestre en el display 1 (parámetro control output 1 assignment ), el valor por defecto es (Control Output (Heating)), como ese es el valor a dejar para este ejercicio presione la tecla para fijar el valor. 15.Aparecerá, el valor por defecto es (alarma 1), deje este valor y presione la tecla para fijar el valor. 16.Presione la tecla al menos por 1 segundo para volver al Nivel de selección inicial (se muestra ). Parte IV. Configuración de tipos de alarma Cuatro tipos de salidas de alarma son soportadas: alarmas 1 a 4. 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 3 muestra los tipos de alarma soportados por el E5CC y sus respectivas operaciones. 17. En el "Nivel de selección inicial presione la tecla varias veces o o

15 15 hasta que (parámetro alarm type 1 ) es mostrado. El parámetro por defecto es 2: deviation upper limit. 18. Presione la tecla para cambiarlo a 1: deviation upper and lower limit, presione la tecla para fijar el valor. 19. Presione la tecla al menos por un segundo para volver al Nivel de operación, PV y SV son mostrados. 20. Presione la tecla hasta que,limite superior del valor de alarma es mostrado. 21. Presione la tecla o hasta que se muestre el valor Presione la tecla, se mostrará, coloquele también el valor de 2.0. Parte V. Arranque y Paro de la operación. 23. Presione la tecla varias veces hasta que se muestre en el display 1, presione la tecla o para seleccionar, la palabra destella y luego de un tiempo un indicador en pantalla con la palabra STOP enciende y la operación se detiene. 24. Para reiniciar la operación siga el procedimiento anterior y seleccione, la palabra destella, el indicador STOP se apaga y la operación comienza, presione la tecla nuevo los valores de PV y SV. Parte VI. Auto-sintonía hasta que se vean de 25. Encienda la fuente de voltaje de +/- 15V para alimentar al sistema, ponga una referencia de 70.0 usando las teclas o, el display 2 que muestra la PV debe estar mostrando el valor escalado en grados celsius de la entrada de voltaje. 26. Cierre el interruptor que colocó en el 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. 28. Presione la tecla por menos de 1 segundo, para entrar al Nivel de ajuste, se mostrará AT execute/cancel. En este ejercicio el parámetro configurado por defecto es AT cancel. 29. Presione la tecla para especificar, la palabra destella y aparece un indicador en pantalla con la palabra TUNE indicando que ha comenzado la ejecución de la auto-sintonía. Cuando el indicador AT se apaga (fin de la ejecución de auto-sintonía), el parámetro

16 16 Control Digital. Guía 4 automáticamente retorna a ( AT cancel ), espere a que esto ocurra. 30. presione la tecla por tres segundos para volver al Nivel de selección inicial y luego presiónela de nuevo por un segundo para entrar al Nivel de operación para que se muestre de nuevo PV y SV. 31. 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 El controlador estabiliza el valor de temperatura en el valor deseado?. 32. Desenergice y desconecte los equipos. Análisis de Resultados 1. Al variar la referencia en el sistema térmico se generó un sobre impulso después de haber ejecutado la auto-sintonía o la respuesta fue suave?. 2. Según el tipo de alarma que se les colocó a los controladores y los límites establecidos en que valores de temperatura se mantiene apagada la alarma? 3. Esquematice las conexiones para controlar con el E5CN-H y el E5CC 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. 4. Además de procesos de temperatura Qué otros usos puede tener el E5CN-H y el E5CC en instrumentación? (considere las opciones de comunicación) Investigación Complementaria Investigue acerca de controladores SIEMENS y sus posibilidades de auto-sintonía y comunicación Investigue qué otras opciones de hardware de comunicación y de salida analógica presenta este controlador Podrá la computadora personal ser utilizada como controlador digital? Bibliografía OMRON E5CN-H E5AN-H E5EN-H Digital Controllers User's Manual advanced type Cat. No. H157-E1-03. Disponible en: OMRON Digital Temperture Controllers User's Manual E5_C Cat. No. H174-E1-06. Disponible en:

17 17 Hoja de cotejo: 4 Guía 4: Controladores Digitales de Procesos OMRON E5CN-H y E5CC 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 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.