Montaje de Controladores programables

Existen en el mercado una gama muy amplia de dispositivos programables desde los mas sencillos, como son los relés programables, hasta los más potentes con es el caso de los PLCs o PACs.

Antes de entrar a describir las particularidades de cada uno de estos dispositivos, vas a ver primero las diferentes configuraciones que disponen tanto para conectar dispositivos de entrada de datos (sensores) como para conectar dispositivos de salida de datos (actuadores).

a) Entradas digitales: En este tipo de entradas se conectarán aquellos dispositivos que proporcionen solo dos valores de tensión un valor bajo y un valor alto (todo o nada). Debes tener muy presente el tipo de señal (cc o ca) y los niveles de tensión que admite.

Fig. : Conexión de un pulsador a una entrada digital (100…240 Vca)

Fig. : Conexión de un pulsador a una entrada digital (24 Vcc)

b) Entradas analógicas: En este tipo de entradas se conectarán aquellos dispositivos que proporcionen valores una gama de valores de tensión o corriente comprendidos entre dos valores límite. Este tipo de sensores siempre serán activos, es decir, necesitaran ser alimentados con una tensión. Las entradas analógicas en tensión son utilizables cuando la distancia entre el dispositivo sensor y el controlador son cortas y valores utilizados son 0 a 10V, 0 a 5 V entre otros. En cambio las entradas analógicas en corriente puede ser utilizables tanto para cortas como largas la distancias y los valores más utilizados son 4 a 20 mA.

Fig. : Conexión de un caudalímetro a una entrada analógica de tensión 0-10V

Fig. : Conexión de un caudalímetro a una entrada analógica de corriente 4 – 20 mA

c) Salidas digitales: En este tipo de salidas se conectarán aquellos dispositivos que controlemos su funcionamiento solo con dos valores de tensión un valor bajo y un valor alto (todo o nada).

_________________________________________________________________________________________ Debes tener muy presente el tipo de señal (cc o ca) y los niveles de tensión que admite ya que hay disponibles varios tipos de salidas digitales, estas son:

Salidas digitales libres de potencial (tipo relé): La salida consiste en un contacto eléctrico (simple SPST o conmutado SPDT) el cual lo conectaremos en SERIE con la carga a controlar (lámpara, bomba monofásica, bobina contactor, etc) y con la alimentación que necesita dicha carga. Por lo tanto a este tipo de salidas se puede conectar cualquier tipo de carga (cc o ca), pero teniendo en cuenta la MAXIMA INTENSIDAD que puede circular por el contacto cuando está cerrado y la MAXIMA TENSIÓN que puede soportar el mismo cuando está abierto.

Fig. : Conexión de una lámpara a una salida digital libre de potencial (tipo relé)

Salidas digitales cc (salida transistor): La salida está controlada por un transistor por lo que solo admite cargas alimentadas con corriente continua (cc). Este tipo de salidas dispone de dos terminales a los cuales se conectará directamente la carga. El transistor es un componente electrónico que puede funcionar con un interruptor, donde gracias a un tercer terminal se controla que dicho “interruptor” esté abierto o cerrado. En la siguiente figura se muestra el circuito interno de una salida de este tipo de salida.

Salidas digitales ca (salida triac): La salida está controlada por un triac, un dispositivo que permite el control de cargas alimentadas con corriente alterna (ca). Este tipo de salidas dispone de dos terminales a los cuales se conectará directamente la carga. El triac es un componente electrónico que puede funcionar con un interruptor, donde gracias a un tercer terminal se controla que dicho “interruptor” esté abierto o cerrado permitiendo, a diferencia del transistor, la circulación de corriente en los dos sentidos. En la siguiente figura se muestra el circuito interno de una salida de este tipo de salida.

Fig. : Conexión de una lámpara a una salida digital de ca (tipo triac)

d) Módulos convertidores: En determinados casos es necesario convertir una variable eléctrica en otra diferente ya que no es posible conectar el sensor directamente a una entrada del controlador.

Convertidores para PT100: Cuando sea necesario medir una temperatura, uno de los sensores más utilizados es la PT 100. Se trata de una resistencia que varia su valor ohmico con la temperatura (coeficiente de temperatura positivo) y que tiene una curva temperatura-tensión bastante lineal. En el mercado existen una serie de convertidores encargados de proporcionar un valor de tensión proporcional a la temperatura medida por la PT 100. En la imagen de la derecha se muestra el convertidor RMP T53BD al que se puede conectar una PT 100 con rango de temperatura de 0…250 ºC y proporciona una señal en tensión de 0…10 V o en corriente de 4…20 mA.

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EJERCICIO: Conecta una sonda de temperatura PT 100 de 3 hilos con

rango de temperatura de 0 a 250ºC a una entrada analógica de tensión de 0 a 10V utilizando para ello el convertidor RMP T53BD de Schneider.

Convertidores Tensión-corriente: En determinados casos es necesario convertir una señal analógica en forma de corriente a tensión o viceversa. En estos casos es necesario utilizar un convertidor V-I. En la figura se muestra el convertidor V-I de la firma Schneider Electric RMC N22BD, el cual admite tanto la conversión de corriente (4-20 mA) a tensión (0 a 10V) como de tensión a corriente.

Fig. : Convertidor V-I RMC N22BD (Schneider Electric )

EJERCICIO: Conecta el caudalímetro de HYDAC EVS 3110 que

proporciona una señal analógica de 4-20 mA a una entrada analógica de tensión de 0 a 10V utilizando para ello el convertidor RMC N22BD de Schneider.

4.10.2.1 Montaje del Zelio Logic

El Zelio Logic de Schneider electric es una gama de relés programables pensados para el control de sistemas de automatización sencillos, en los que es posible programarlos para que realicen el control que el cliente desea y que en funcionamiento es posible parametrizar determinados valores.

Indicación Elemento

1 Pestañas de fijación retráctiles. 2 Bloque terminal de alimentación. 3 Pantalla LCD, 4 líneas, 18 caracteres. 4 Bloque terminal de entradas DIG.

5 Bloque terminal de entradas analógicas. 0-10 voltios utilizables en entradas DIG según el modelo. 6 Alojamiento de la memoria de copia de seguridad o cable conexión para PC.

7 Tecla Mayús (blanca).

8 Tecla Menú/Aceptar (verde) de selección y validación. 9 Bloque terminal de salida para relé.

10 Teclas de navegación (grises) o, después de la configuración, botones pulsadores Z.

_________________________________________________________________________________________ La familia de relés programables de Zelio Logic dispone de módulos adicionales para ampliar el número de entradas y salidas, además de comunicarlo con una red de datos, bien RS-485 o Ethernet.

En la siguiente figura se muestra un Zelio SR3 B101BD con 2 entradas digitales, 4 entradas analógicas (0-10V) y 4 salidas tipo relé, al que se ha conectado un modulo de comunicaciones Ethernet y un modulo de entradas digitales para añadir 4 entradas digitales más y dos salidas digitales .

Fig. : Relé Zelio Logic con dos módulos de ampliación conectados

EJERCICIO: Consulta el manual de instalación de un Zelio e identifica el

tipo de entradas y salidas de las que dispone.

EJERCICIO: Una instalación solar con dos sensores PT 100 de 0 a 250 ºC

y una bomba monofásica 230 V – 3A, se quiere controlar utilizando un relé programable Zelio Logic. Se pide:

a) Consulta la pagina web del fabricante y elige un relé Zelio adecuado.

b) Consulta el manual de instrucciones de montaje de la gama de relés programables Zelio y realiza las conexiones eléctricas.

4.10.2.2 Montaje del LOGO

El LOGO de Siemens es una gama de relés programables pensados para el control de sistemas de automatización sencillos, en los que es posibles programarlos para que realicen el control que el cliente desea y que en funcionamiento es posible parametrizar determinados valores.

Los lenguajes de programación son similares al Zelio, si bien éste último admite la programación Gracet para sistemas secuenciales.

Existe una amplia variedad de configuraciones para entradas y salidas en el módulo base y módulos para ampliar entradas y salidas, tanto digitales como analógicas, así como módulos especiales para la conexión

por ejemplo de PT 100. Fig. : LOGO de Siemens con 8 entradas digitales (ó 4 digitales + 4 analógicas) y 4 salidas digitales

EJERCICIO: Conecta una bomba trifásica de 400 V a una salida digital

libre de potencial como la indicada en la figura. Utiliza los elementos que consideres necesarios y haz un esquema eléctrico y un diagrama de conexiones.

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4.10.2.3 Montaje de un PLC

En el campo de los Controladores Lógicos Programables o también llamados Autómatas Programables, existe al igual que los relés programables, un amplio surtido de modelos y fabricantes. Vamos a describir uno de los PLCs mas utilizados como es el S7 300 de Siemens.

El S7 300 es un PLC modular compuesto por los siguientes módulos:

Modulo de la Fuente alimentación: Encargado de alimentar el S7-300 y los sensores/actuadores con DC 24 V. Hay diferentes módulos con capacidades de suministro de corriente diferente.

Módulo de la CPU: Es el cerebro del PLC, contiene entre otros elementos, la memoria donde se almacena el programa que ha sido realizado por el usuario y que va a ejecutar de forma secuencial.

Módulos de entradas: Encargados de convertir las señales provenientes de los sensores en datos digitales que tiene que procesar la CPU.

Modulos de salidas: Encargados de convertir los datos digitales procesados por la CPU en señales eléctricas para los actuadores.

Todos los módulos se interconectan por medio de un BUS y se fijan a un carril DIN.

EJERCICIO: Una instalación solar dispone de los siguientes elementos:

4 sensores PT 100 de 0 a 250 ºC,

Una válvula de 3 vías con mando de 24 Vcc, 3 bombas circuladoras monofásicas 230 V – 3A

Un caudalímetro con salida en corriente de 4 a 20 mA,

Se quiere realizar el sistema de control en base a un S7 300 de Siemens. Se pide:

a) Consulta la pagina web del fabricante y elige una configuración adecuada.

b) Consulta el manual de instrucciones de montaje y realiza las conexiones eléctricas.

4.10.2.4 Montaje de un PAC

Un controlador de automatización programable es similar a un PLC en su estructura salvo que dispone de funciones más potentes y un lenguaje de programación más sencillo para el usuario.

El PAC que se va a describir es el CompactRIO de National Instruments con estructura modular dispone de los siguientes módulos para su funcionamiento:

Fuente de Alimentación (FA): Encargada de alimentar al CompactRIO y los sensores/actuadores con DC 24 V. Hay diferentes módulos con capacidades de suministro de corriente diferente.

Controlador (CPU): Encargado de ejecutar el programa cargado en memoria y que ha sido realizado por el usuario mediante un lenguaje gráfico como es LabVIEW. Dispone de un conectar RJ45 para su conexión a una red Ethernet.

Módulos de entradas: Encargados de convertir las señales provenientes de los sensores en datos digitales que tiene que procesar la CPU.

Módulos de salidas: Encargados de convertir los datos digitales procesados por la CPU en señales eléctricas para los actuadores.

Chasis: Encargado de interconectar el controlador con los módulos de entradas y salidas.

_________________________________________________________________________________________ Fig. : Controlador de Automatización Programable CompactRIO de NI con FA

Actualmente CompactRIO se vende en dos formatos: Controlador y chasis integrado

Modular.

Fig. : Montaje de un módulo de la serie C en el chasis con controlador integrado

En el mercado están disponibles una serie de módulos de la serie C de entradas-salidas tanto digitales como analógicas, además de otra serie de módulos especiales.

EJERCICIO: Una instalación solar dispone de los siguientes elementos:

4 sensores PT 100 de 0 a 250 ºC,

Una válvula de 3 vías con mando de 24 Vcc, 3 bombas circuladoras monofásicas 230 V – 3A

Un caudalímetro con salida en corriente de 4 a 20 mA,

Se quiere realizar el sistema de control en base a un CompactRIO. Se pide: a) Consulta la pagina web del fabricante y elige una configuración con

los módulos adecuados.

b) Consulta el manual de instrucciones de montaje de cada módulo y realiza las conexiones eléctricas.