ANEXO A. Programación del PLC

Transcripción

1 ANEXO A Programación del PLC

2 El PLC, modelo M340 de Schneider, sirve como apoyo del sistema creado, encargándose de las siguientes tareas: 1. Creación la señal con la tensión deseada en función de la indicación del usuario. 2. Lectura e interpretación de las señales producidas por los circuitos sensores de temperatura. 3. Lectura e interpretación de la señal recibida por el circuito sensor de intensidad. Para poder programarlo, se usará la herramienta software Unity. Introducción a Unity Unity Pro es un software licenciado por Schneider Electric que permite a los usuarios programar aplicaciones para posteriormente ser grabadas en la memoria del PLC, ejecutándose de forma automática. Unity permite el uso de varios lenguajes, entre ellos el lenguaje LD (lenguaje de contactos) y el lenguaje SFC (redes de Petri). Además dispone de contadores y otros elementos para ayudar con la programación de diversos eventos. Para poder usar Unity en el PLC, previamente deberá establecerse una conexión entre el ordenador personal en el que está instalado Unity y el PLC. Dicha conexión puede realizarse de diversas maneras: via USB, Modbus, Ethernet, etc; En este proyecto se han usado principalmente dos de ellas: USB y Ethernet. Para realizar la conexión por USB, se deben instalar primero los drivers de conexión USB que se encuentran en el CD de Unity. Una vez instalados dichos drivers solo hay que conectar el cable USB del PLC al ordenador personal y ordenar la conexión desde Unity. Para la conexión por Ethernet se deben configurar las direcciones IP tanto del ordenador personal como la del PLC, para incluirlas dentro de la misma subred. Una vez realizado esto, bastará con conectar ambos dispositivos y ordenar la conexión desde el PLC. Una vez dentro del programa, se deben configurar el procesador y los módulos de entrada y salida del PLC. Todo ello se realiza en la pestaña Configuración. La programación se realiza por tareas. Las tareas se crean en la pestaña Programas à Tareas à MAST. En la ventana de creación de la tarea, se puede elegir el lenguaje en el que se programará. Una vez terminada la programación, se deberá analizar el programa para buscar posibles errores. Una vez depurado el programa, se generará una secuencia, entendible por el PLC, con la programación del proyecto, y se enviará al PLC.

3 Una vez enviado, el programa te da diversas opciones: arrancar el programa, pararlo, visualizar las variables, modificarlas, etc. Crear la señal con la tensión deseada en función de la indicación del usuario Para ello, se debe indicar al PLC el tanto por ciento de la tensión máxima con que se desea alimentar al sistema. Para ello, se escribe dicho tanto por ciento en una variable al efecto. A través de ella y usando la PWM, el PLC creará la señal periódica necesaria. Para ello, se creará una sección LD en la que se introduce el módulo PWM y se enlaza a las salidas digitales. La variable ekusu, que almacena el valor del tanto por ciento antes comentado, es pasada por el módulo PWM, que generará la señal periódica que saldrá por las salidas %Q y %Q Lectura e interpretación de las tensiones producidas por los circuitos sensores de temperatura Las señales de tensión procedentes de los sensores llegan multiplexadas en una sola, por lo que será necesario extraer las distintas señales para poder analizarlas. Dicha tarea se programará mediante una red de Petri que se encargará de ir seleccionando las señales de forma periódica para su tratamiento. Dicha red de Petri se representa en la Figura 41. Se puede observa cómo la red consta de 8 repeticiones de dos estados similares. En el primer estado se almacena la tensión leída en una variable y se realizan los cálculos y en el

4 segundo estado se cambian los valores de las señales binarias selectoras para seleccionar la siguiente señal de tensión a leer.

5 Una vez almacenado el valor de tensión leído, se deberá calcular la temperatura asociada. Dicho cálculo se realizará mediante una sección LD, en la que se colocarán una serie de bloques de operación que realicen los cálculos. Será necesario, llegados a este punto, establecer la relación entre la caída de tensión del termistor y la temperatura a la que se encuentra. Obtención de la ecuación que relaciona la caída de tensión en el termistor con la temperatura a la que se encuentra

6 Cada sensor es de la forma indicada en la Figura 43. Mediante un sencillo cálculo se obtiene que: 5 V 0 = 33 (33) R+ 33 R V V0 = 5 33 (34) R V V 0 = (35) 0 Siendo Vo la tensión leída por el PLC y R la resistencia del termistor. A partir de ahí, se deberá establecer una ecuación que permita relacionar la resistencia del termistor con la temperatura a su alrededor. Para ello se parte de los datos sobre la relación resistencia-temperatura que facilita el fabricante. Estos datos se pueden ver en la Tabla II. Temperatura Resistencia , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,354

7 Tabla II: Relación Temperatura-Resistencia del Termistor. Datos del fabricante. Si se introducen estos datos en el programa gratuito Graph, se obtiene la serie de puntos de la Figura 44: y Serie x Luego, el programa ajusta un polinomio a dicha curva. Para un polinomio de orden 10, lo mejor que se consigue es lo mostrado en la Figura y Serie 1 f(x)= e-17*x^ e-14*x^ e-11*x^ e-09*x^ e-06*x^ e-05*x^ *x^ *x^ *x^ *x ; R²= x

8 Dicho resultado representa una dificultad de diseño. Para poder superarla se hará la siguiente suposición: el sistema no va a llegar nunca a los valores extremos del termistor. Para justificar dicha aproximación basta con analizar las características de la célula de Peltier. La diferencia máxima de temperaturas entre ambas caras es de 70 grados centígrados, por lo que, partiendo de la temperatura ambiente (25 grados centígrados) a la que se encuentran ambas placas en reposo, se puede suponer que ambas no van a distanciarse mucho más de 35 grados cada una, aunque se diera el máximo de tensión por un tiempo prolongado. Además, dicho máximo se alcanza en las placas y el sistema se basa en la medida de la temperatura de una barra de aluminio, lo que incluye una cierta disipación, por lo que, aunque la placa pueda llegar a dichos valores, que la barra llegue también se convierte en algo poco probable. Tomando en consideración la aproximación anterior, se usarán solo los valores desde 60 a -10 grados centígrados. Ajustando con un polinomio de grado 5 se obtiene lo mostrado en la Figura 46 que, como se puede observar, es una curva que se ajusta mejor a la serie de puntos, salvo en el extremo frio y Serie 1 f(x)= e-06*x^ *x^ *x^ *x^ *x ; R²= x Aún así, puesto que la barra difícilmente llegará a los valores extremos, se puede dar por válida.

9 Por tanto, la ecuación que relacionará la resistencia del termistor con la temperatura medida será: T(R) = R Lectura de la intensidad 2 R R R R La programación de esta parte consiste en una tarea LD, en la que se introduce el valor leído del transductor en un bloque de operación, que calculará el valor de la intensidad. Un pequeño problema que se presenta es la necesidad de convertir la variable en la que se almacena la tensión leída del LEM, Termo2, a una variable real, Termo2_r, que será sobre la que se operará. La salida es una variable real, Intensity, que contendrá en cada instante el valor de la intensidad que recorre las Células de Peltier. (36) Existe una pequeña dificultad para poder leer la temperatura con el dispositivo elegido: en teoría, el transductor funciona con una tensión de +-15 Voltios. A pesar de ello, consultas a varios datasheets mostraron la posibilidad de que el dispositivo también funcionara con +-12V, tensiones que pueden ser aportadas por la fuente de tensión del proyecto. El siguiente problema fue comprobar cómo afectaba este cambio en el voltaje de alimentación a la transducción. Según el datasheet la transducción de corriente a tensión debería ser lineal entre -4 Voltios y 4 Voltios, lo que daría una gráfica como la mostrada en la Figura 48:

10 Se realizaron un par de medidas dobles para comprobar si la escala se había visto afectada. Estas medidas consistieron en medir simultáneamente con el Amperímetro y con la tensión de salida del LEM para una misma corriente en un circuito con la fuente conectada a una de las células de Peltier. Los resultados se muestran en la Tabla III: Intensidad Tensión 1.93A 1.55V 80mA 70mV Lo que dio una recta característica que se muestra en la Figura 49 que, como se puede comprobar, no es ni por asomo parecida a lo que en teoría indica el fabricante. Aunque sea una recta, no pasa por los lugares esperados.

11 7 6 V(V) Serie 1 f(x)=0.8*x+0.006; R²= I(A) Para hallar una función inversa que se pueda utilizar en el PLC para hallar la corriente a partir de la tensión leída, basta con invertir los ejes y usar la opción de ajustar una recta a los dos valores leídos, obteniendo lo mostrado en la Figura I(A) Serie 1 f(x)=1.25*x ; R²= V(V) Y la ecuación (37).

12 I = 1.25 V (37) Con I, la intensidad, medida en Amperios y V la tensión leída en Voltios.