LABORATORIO DE CONTROL INDUSTRIAL PRÁCTICA N 11

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1 ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL Campus Politécnico "J. Rubén Orellana R." FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA Carrera de Ingeniería Electrónica y Control Carrera de Ingeniería Eléctrica 1. TEMA 2. OBJETIVOS PRÁCTICA N 11 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES (IV Parte) MANEJO DE VARIABLES ANALÓGICAS 2.1. Familiarizar al estudiante con el manejo de variables analógicas desde un PLC Conocer el funcionamiento y operación de un variador de velocidad. 3. INFORMACIÓN VARIABLE ANALÓGICA Es aquella que tiene un margen de variación infinito, es decir, puede tomar distintos valores en el transcurso del tiempo. Los sentidos del ser humano perciben de forma analógica el mundo que nos rodea. Por ejemplo, el ser humano puede diferenciar una infinidad de colores entre el negro y el blanco, de forma contraria a lo que sería una respuesta digital (negro o blanco). Las señales analógicas que se encuentran a nivel industrial, pueden citarse: temperatura, presión, velocidad, distancia, sonido, etc. y son transformadas en señales eléctricas, mediante el adecuado transductor, para su tratamiento electrónico. En la actualidad, la mayoría de PLC s incluyendo los de gama inferior traen incorporados o tienen la posibilidad de añadir módulos de entradas y salidas analógicas, módulos de termocuplas y otros especiales. 1

2 Las entradas y salidas analógicas de los PLC s generalmente trabajan con valores estándar de voltaje de 0 a 5 Vdc o de 0 a 10 Vdc y de corriente de 0 a 20 ma o de 4 a 20 ma. Módulos de entradas y salidas analógicas: realizan una conversión A/D en las entradas y una conversión D/A en las salidas, puesto que el autómata solo trabaja con señales digitales. Esta conversión se realiza con una precisión o resolución determinada (10, 12 y hasta de 16 bits) y cada cierto intervalo de tiempo (periodo de muestreo). Las salidas analógicas sirven de referencia para el mando de actuadores que admitan mando analógico como pueden ser los variadores de velocidad, control de tiristores en hornos o reguladores de temperatura. 4. TRABAJO PREPARATORIO 4.1. Investigar sobre el principio de funcionamiento de un variador de velocidad controlado por una señal analógica Diseñar el circuito de control para la operación de un ventilador que posee un motor trifásico de inducción, accionado por un variador de velocidad que permite modificar su frecuencia de operación entre 0 y 60 Hz, dependiendo de la temperatura determinada por un sensor. Operación del variador de velocidad: Tomando en cuenta la figura 1, el equipo arranca si se realiza un puente entre el terminal Gnd o 24V y el terminal de entrada M0 o LI1 del variador, por medio de una salida del PLC (%Q0.3.0). Para modificar la frecuencia se envía desde una salida analógica del PLC (%QW0.4.4) un voltaje continuo variable entre 0 y 10 V a la entrada analógica del variador. En caso de sobrecarga el variador activa un contacto interno (RA RC o R1A R1C) para alertar sobre el evento al circuito de control. NOTA: Tener en cuenta el variador a utilizarse para la correspondencia en la nomenclatura de los terminales. En ocasiones se utiliza un contactor (CL - %Q0.3.8) entre la línea y el variador para desconectar la alimentación principal al variador. En este caso, para dar inicio a la 2

3 operación se debe activar la salida %Q0.3.0 y el contactor de línea (CL) %Q0.3.8, tomando en cuenta que son dos salidas distintas del PLC. Fig.1 a) Conexión en tablero de control. b) Circuito de fuerza del ventilador. Dentro del proceso, la señal del sensor de temperatura ingresa a una entrada analógica del PLC (%IW0.4.0) con un valor de voltaje normalizado entre 0 y 10V. Esta señal debe ser escalada a un rango de temperatura entre 0 y 40 C. El ventilador debe funcionar de la siguiente manera: - Mediante un interruptor (Sg) se puede escoger operación manual (ON) o automática (OFF). - En operación automática, si la temperatura es menor a 15 C, el ventilador permanece apagado. Si la temperatura es mayor o igual a 15 C, el ventilador se enciende a una frecuencia de 30 Hz y aumenta en forma proporcional a la temperatura hasta alcanzar los 60 Hz cuando se tenga una temperatura de 40 C. 3

4 - En operación manual, el ventilador arranca si se presiona un pulsante de marcha (Pm) y funciona a una frecuencia de 20 Hz si la temperatura es menor a 15 C. Si la temperatura es mayor, la frecuencia varía de igual forma que en operación automática. El ventilador se detiene en cualquier momento con un pulsante de paro (Pp). - Implementar un HMI sencillo que permita visualizar la temperatura y la frecuencia de operación del motor. Asociar la gráfica del motor para que se visualice intermitentemente en función de su frecuencia de operación. Considere que el sistema se pueda operar desde el tablero como del HMI. 5. EQUIPO Y MATERIALES Módulo de trabajo con elementos electromecánicos, disponible en el laboratorio. Módulo de trabajo con PLC M580, disponible en el laboratorio. Variadores de velocidad, disponibles en el laboratorio. 6. PROCEDIMIENTO 6.1. Verificar el funcionamiento del diseño del trabajo preparatorio y realizar los cambios necesarios si fuera el caso Con ayuda del instructor, armar el circuito de fuerza que alimenta al variador de velocidad y realizar las conexiones de entradas y salidas al PLC Cargar el programa al PLC y verificar su correcto funcionamiento con el circuito de fuerza y control armado. 7. INFORME 7.1. Diseñar el circuito de control para operar un tanque de centrifugado de 10 litros de capacidad, que dispone de un motor trifásico de inducción, accionado por un variador de velocidad que permite modificar su frecuencia de operación entre 0 y 60 Hz, en función del volumen de líquido en el tanque. Operación del variador de velocidad: Los variadores pueden hacer funcionar al motor en los dos sentidos de giro, para lo cual se operan dos entradas digitales del variador. 4

5 Cuando se envía la señal de Gnd a la entrada M0 el motor arranca en sentido horario y para cambiar el sentido de giro se debe quitar la señal de la entrada M0 y colocar la misma sobre la entrada M1 (Ver Figura 1). Dentro del proceso, existe un sensor de nivel para determinar el volumen del líquido en el tanque, cuya señal ingresa a una entrada analógica del PLC con un valor normalizado entre 0 y 10V. Esta señal debe ser escalada a un rango de volumen entre 0 y 10 litros. El proceso de centrifugado debe funcionar de la siguiente manera: - Mediante un pulsante de marcha (Pm) se ordena que el variador arranque el motor en sentido horario a una frecuencia de 30 Hz, durante 10 segundos, si el volumen del líquido en el tanque está entre 1 y 5 litros. Luego de este tiempo, el motor invierte el sentido de giro y funcionará a 45 Hz para detenerse al cabo de 10 segundos. - Cuando el nivel sea superior a 5 litros, se ordena que el variador arranque el motor en sentido horario a una frecuencia de 50 Hz, durante 15 segundos. Luego de este tiempo, el motor invierte el sentido de giro y funcionará a una frecuencia de 60 Hz para detenerse al cabo de 20 segundos. - El proceso de centrifugado termina luego de completarse el ciclo correspondiente o cuando se presiona un pulsante de paro (Pp). - En el caso de sobrecarga del motor, se ordena la desconexión del variador y el proceso regresa a sus condiciones iniciales. - Implementar un HMI que permita visualizar claramente el funcionamiento del proceso. Considere que el mando puede operarse desde el tablero y del HMI Presentar el circuito de fuerza, circuito de control, diagrama de conexiones de entradas y salidas al PLC, tabla de declaración de variables, tabla de animación y grabar el diseño en una memoria para ser revisado en el laboratorio Comentarios y sugerencias sobre el cumplimiento de los objetivos propuestos en la práctica Conclusiones y recomendaciones Bibliografía 5

6 8. REFERENCIAS Catálogo del PLC Schneider M580. Catálogo de software UNITY. Notas de clase. 6