Practica 4 Control de velocidad discreto.pdf

(1)

P

ROGRAMA

E

DUCATIVO DE

II

NGENIERÍA EN

T

ECNOLOGÍAS DE

A

UTOMATIZACIÓN

P

RACTICA

4:

4: C

C

ONTROL DE VELOCIDAD DE UN MOTOR

TRIFÁSICO POR SEÑALES DISCRETAS

..

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SIGNATURA

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(2)

ÍNDICE

Introducción

... 3

Objetivo General

... 3

Objetivos Específicos

... 3

Reactivos/insumos, materiales/utensilios y equipos

... 4

Desarrollo de la Actividad Práctica

... 4

Descripción del Problema ... 4

Especificaciones técnicas de los dispositivos usados durante la actividad

práctica

... 5

Motor Baldor M3615T-8 ... 5

GE Fanuc 90-30 PLC ... 8

Descripción del algoritmo propuesto así como las combinaciones de contactos usadas para las velocidades del motor de señales discretas ... 10

Conexión a la parte de potencia del sistema de control ... 11

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Introducción

El control de motores de corriente alterna mediante un “driver” (Controlador de velocidad electrónico) se puede realizar con en PLC. Para la presente práctica el control será discreto.

Control de velocidades predeterminadas requiere de la combinación de la activación o desactivación de tres contactos en la tablilla de control del driver. La configuración de control por velocidades predeterminadas se configuran en el driver, el cual requiere de energía eléctrica trifásica a 240 VCA, lo que implica verificar que la conexión del motor también este para la misma magnitud de voltaje.

Figura 4.1 muestra el sistema de control de velocidad discreto. Se debe verificar en el manual del driver las combinaciones correspondientes.

Objetivo General

Diseñar un algoritmo de control en diagrama escalera utilizando lógica de relevador para el control de velocidades predeterminadas de un motor de corriente alterna trifásico.

Objetivos Específicos

 Configuración de driver para velocidades predeterminadas.  Configurar hardware de sistemas PLC.

 Realizar conexiones eléctricas a módulos de entradas, salidas digitales y

tablilla de driver.

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Reactivos/insumos, materiales/utensilios y equipos

Desarrollo de la Actividad Práctica

Se requiere diseñar un algoritmo de control en LD para controlar la velocidad de un motor de CA a través de un driver.

Descripción del Problema

Se requiere diseñar el algoritmo de control que interconectado a un driver controle las velocidades predeterminadas en la configuración del driver para un motor trifásico de 240 VCA, la Fig. 4.2 muestra el diagrama general del sistema.

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Prerrogativas formales (las informales ustedes las pueden indicar): 1. El sistema debe contemplar un paro de emergencia.

2. El sistema debe contemplar dos botones de tipo instantáneo (pushbottom) para el arranque y paro del motor.

3. Opción 1: con base a la combinación de los interruptores el sistema tome la velocidad correspondiente.

4. Opción 2: puede realizarse con lógica de flip flop; SET (S) y RESET (R). 5. Prerrogativas informales – ¿Qué mejoras proponen al sistema de control de

velocidades predeterminadas?

Especificaciones técnicas de los dispositivos usados durante la

actividad práctica

Motor Baldor M3615T-8

5HP, 1745RPM, 3PH, 60 HZ, 184T, 3634M, TEFC, F1

Precio de lista 718.00 USD

Multiplicador Símbolo L1 Peso de la nave 76 LB UPC 781568118122 ESPECIFICACIONES  Salida de 5.000 CV  Fase 3  Velocidad síncrona 1800 rpm  Frecuencia 60 Hz  Voltaje 200 V  C aja TEFC

 Material del marco Acero  M arco 184T

 División XP No aplicable  Marca Baldor-Reliance

 Agencia Homologaciones CSA

UR

 Temperatura ambiente 40 ° C  Auxillary Box No Auxillary Box

 Auxillary caja de plomo Terminación Ninguno  Indicador Base Rígida

 Tipo de rodamiento Grasa POLYREX EM

(-20F + 300F)

 Soplador Ninguno  Corriente 15.5 A

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 Código Diseño B

 Goteo Cubierta No Drip Cubierta  Deber Clasificación CONT

 Eficiencia @ 100% de carga de 87,5%  Teniendo eléctricamente aislada No aislado

eléctricamente

 Feedback Dispositivo No hay opiniones  Código de la cara frontal estándar  Frente Eje Indicador Ninguno

 Calentador Indicador No hay calefacción  Alto voltaje de carga completa Amps 15.5 A  Aislamiento Clase F

 Código inversor no inversor  Código KVA J

 Cáncamos No hay agarraderas de elevación  Teniendo Cerrado Indicador Teniendo Sin

Bloqueado

 El plomo Motor Salir KO Box

 El plomo Motor Tamaño Cantidad / Cable 3

@ 14 AWG

 Motor de terminación plomo Flying Leads  Motor Normas NEMA

 Tipo Motor 3634M  Montaje Disposición F1  Número de polos 4

 Longitud total 16.54 en  Factor de potencia de 79

 Familia de Productos de uso general

 Polea End Tipo de rodamiento de bola de

cojinete

 Polea Cara Código Estándar  Polea del eje indicador Standard  Pantalla Roedor No Roedor pantalla  Factor de Servicio 1.15

 Diámetro del eje 1.125 en

 Eje de Extensión Ubicación Polea Fin

 Eje de tierra Indicador No Eje de conexión a

tierra

 Eje de rotación reversible  Eje Slinger Indicador No Slinger  Velocidad de 1745 rpm

 Código de velocidad Velocidad Individual  A partir Método DOL

 Dispositivo Térmico - Teniendo Ninguno  Dispositivo Térmico - Winding Ninguno  Vibración Indicador del sensor Sin sensor de

la vibración

 Winding térmica 1 Ninguno

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BALDOR

Control Inversor Serie 15J

Especificaciones:

Potencia 0.33-1HP @ 115VCA 1-3 HP @ 230VCA

1-5 HP @ 460VCA

Impedancia de Entrada 1%

Voltaje de Salida 0 a VCA de Entrada Máx.

Corriente de Salida Ver la Tabla de Valores Nominales

Frecuencia de Salida 0 to 120Hz Factor de Servicio 1.0

Servicio Continuo

Capacidad de Sobrecarga Modo de Par Constante: 200% por 2 segundos

150% por 60 segundos

Frequency Setting Teclado, 0 –5 VCC, 0 –10 VCC, 4 –20mA, 0 –20mA Frequency Setting Potentiometer 5k_ ó 10k_, 1/2 Watt Rated Storage Temperature: – 30 C a +65 C Condiciones de Operación: Voltage Range: 115 VCA Models 230 VCA Models 460 VCA Models 90-132 VCA 1_ 60/50Hz 180-264 VCA 3_ 60Hz/50Hz 340-528 VCA 3_ 60Hz/50Hz Impedancia de Línea de Entrada:

1% requerido como mínimo

Temperatura Ambiente de Operación:

Reducir la capacidad de Salida en 2% por cada

Gabinete: NEMA 1: Modelos (con sufijo) ER Humedad: NEMA 1: Hasta 90% de HR sin condensación

Altitud: Nivel del mar hasta 3300 pies (1000 metros)

Reducir la capacidad en 2% por cada 1000 pies (303 metros)

sobre los 3300 pies (1000 metros) Choque: 1G

Vibración: 0.5G a 10Hz hasta 60Hz

Display del Teclado:

Display [Visualizador] LCD Alfanumérico con Fondo Iluminado

2 Líneas x 16 Caracteres

Teclas Teclado tipo membrana con respuesta táctil Funciones Monitoreo del estado a la salida

Control digital de velocidad

Ajuste y visualización de parámetros Visualización del registro [lista] de fallas Marcha y jog [avance] del motor

Local/Remoto

Indicadores LED Mando [comando] de marcha adelante Mando de marcha reversa

Mando de parada [paro] Jog activo

Teclado de Montaje Remoto Opcional

Hasta un máximo de 100 pies (30.3 m) del control

Especificaciones del Control:

Método de Control Entrada de onda sinusoidal portadora, salida PWM

Precisión de la Frecuencia 0.01Hz Digital 0.05 % Analógica

Resolución de la Frecuencia 0.01Hz Digital 0.5% Analógica

Frecuencia de Portadora 2.5, 5.0 y 7.5kHz

Tipo de Transistor IGBT (Transistor Bipolar de Compuerta [Puerta] Aislada)

Tiempo de Subida del Transistor

2500 V/_seg. (dv/dt)

Refuerzo de Par Ajuste automático a la carga (Estándar) 0 a 15% del voltaje de entrada (Manual)

Configuración de Voltios/ Hertz

Lineal, Cuadrada Reducida, Tres Puntos

Tiempo de Acel/Desacel 0 a 600 seg. para 2 asignables más JOG

Tiempo de Curva –S 0 a 100% Frecuencia Base 10 a 120Hz Par de Frenado

Regenerativo

50% con resistor de frenado externo opcional ( –ER) Frecuencia de Jog 0 a Frecuencia Máxima

Salto de Frecuencia 0 a Frecuencia Máxima en 3 zonas Frecuencia Mínima de

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Salida 0 a 150Hz

Frecuencia Máxima de Salida

0 a 150Hz

Autoreiniciación Manual o Automática Compensación de Deslizamiento 0 a 6Hz

Modos de Operación Teclado

Marcha Estándar 7 Velocidades

Ventilador/Bomba, 2 Conductores [Cables] Ventilador/Bomba, 3 Conductores

Control de Proceso

Analógico de 3 Velocidades, 2 Conductores Analógico de 3 Velocidades, 3 Conductores

Potenciómetro electrónico [EPOT], 2 Conductores Potenciómetro electrónico [EPOT], 3 Conductores

GE Fanuc 90-30 PLC

El PLC Series 90-30 es muy versátil porque (1) es programable, y (2) se compone de una amplia variedad de componentes conectables entre sí. Por tanto, seleccionando los componentes adecuados y desarrollando el programa apropiado, el PLC puede ser utilizado en una variedad de aplicaciones prácticamente ilimitada. A pesar de que existen numerosas opciones para los diferentes componentes de hardware que se pueden utilizar en un sistema, éstos se agrupan en sólo unas cuantas categorías. A cada una de las categorías de componentes se le ha dedicado un capítulo separado en este manual, donde es tratada en detalle. Este capítulo le ofrece una introducción a las mismas, con el fin de mostrar cómo se acoplan entre sí:

Placas base  Fuentes de alimentación  CPUs  Módulos de E/S  Módulos opcionales  Cables

Placas base

Las placas base son el fundamento del PLC ya que la mayoría de los demás componentes está montada en las mismas. Como mínimo básico, cada sistema dispone al menos de una placa base, que normalmente contiene la CPU (en cuyo caso se denomina “placa base de CPU”). Muchos sistemas requieren un mayor número de módulos de los que se pueden montar en una placa base, por tanto hay también placas base de expansión y remotas que se conectan entre sí. Las tres categorías de placas base, CPU, expansión y remota, están disponibles en dos tamaños, de 5 slots y de 10 slots, denominadas así de acuerdo al número de módulos que pueden contener.

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Módulos de fuente de alimentación

Cada placa base debe poseer su propia fuente de alimentación. La fuente de alimentación va siempre montada en el slot del extremo izquierdo de la placa base. Existen varios modelos de fuentes de alimentación disponibles para satisfacer gran variedad de requisitos.

CPUs

La CPU actúa como administrador del PLC. Cada PLC debe disponer de una. La CPU utiliza las instrucciones de su firmware y del programa de aplicación para dirigir el funcionamiento del PLC y para supervisar el sistema con el fin de asegurarse de que no existan fallos básicos. Algunas CPUs de las Series 90-30 están integradas en placas base, pero la mayoría están contenidas en módulos conectables. En algunos casos, la CPU reside en un ordenador personal utilizando una tarjeta de interfaz de ordenador personal que sirve de interconexión con los módulos de entrada, de salida y opcionales de las Series 90-30.

Módulos de entrada y salida (E/S)

Estos módulos permiten al PLC la interconexión con dispositivos de campo de entrada y salida, tales como interruptores, sensores, relés y solenoides. Están disponibles tanto en tipo digital, como en analógico.

Módulos opcionales

Estos módulos amplían la capacidad del PLC más allá de sus funciones básicas. Así, pueden proporcionar opciones de comunicaciones y conexión a red, control de movimiento, contador de alta velocidad, control de temperatura, interconexión con estaciones de interfaz de operador, etc.

Cables

Los cables conectan los componentes del PLC entre sí o con otros sistemas. Numerosos cables prefabricados estándar se encuentran disponibles en GE Fanuc. Principalmente se usan para:

 Interconectar placas base

 Conectar un programador a la CPU o a un módulo opcional

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Descripción del algoritmo propuesto así como las combinaciones

de contactos usadas para las velocidades del motor de señales

discretas

Figura 4.3 Algoritmo de control para el control de velocidad discreto

En la figura 4.3 se muestra el algoritmo de control propuesto para la solución del problema. Este algoritmo contempla 2 botones instantáneos de arranque; uno para avance en modo Forward, y otro para avance en Reverse.

A su vez, contempla un solo botón de paro para detener el arranque tanto en Forward como en Reverse.

En seguida se tienen 3 contactos denominados VEL_1, VEL_2 y VEL_3 que son accionados por los interruptores SEL_V1, SEL_V2 y SEL_V3 que corresponden a la selección de las velocidades. Por medio de estos 3 interruptores y contactos es como se introducen las 7 velocidades definidas para el avance o retroceso del motor. Estas combinaciones son proporcionadas por el manual del driver y se muestran a continuación en la figura 4.4.

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Figura 4.4 Combinación de contactos para la selección de las 7 velocidades en el Driver Baldor modelo IMN715JSP

Por medio de estas combinaciones nosotros podemos establecer las 7 velocidades desde nuestro algoritmo de control por señales digitales.

Por ultimo como medida de seguridad tenemos una bobina denominada EXT_TRIP que quiere decir External TRIP o Disparo Externo en español el cual, al desactivar el interruptor retentivo I0004 nuestro sistema se detendrá por completo y a su vez bloqueara el driver como medida de seguridad. El driver seguirá bloqueado así como nuestro algoritmo hasta que nosotros volvamos a reestablecer la conexión en el EXT_TRIP.

Conexión a la parte de potencia del sistema de control

Una vez configurado el variador de frecuencia en el cual se establecieron las velocidades predefinidas desde los 30Hz hasta los 60Hz incrementándola 5Hz por cada velocidad y configurándolo también para mantener un torque constante con un tiempo de aceleración y desaceleración de 10 segundos, se procedió a realizar la conexión física hacia el PLC por medio de un cable de red RJ45 de 8 hilos puesto que, se tienen 6 salidas desde el PLC y el común del Driver.

Figura 4.5 Módulo de salidas, conexión hacia el PLC

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Se verifico las conexiones realizadas y se probó el sistema, cumpliendo con el objetivo, además se analizó el comportamiento del sistema y de los dispositivos conectados a los motores.

Figura 4.6 Conexión física del variador de frecuencia al motor trifásico

Figura 4.7 Display del Driver mostrando la velocidad en RPM así como el voltaje, la corriente y la frecuencia de operación del motor.

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Conclusión

El desarrollo de algoritmos de control para poder controlar la velocidad de un motor a nivel industrial es de vital importancia puesto que al simplemente poder variar la velocidad por medio de interruptores para los operarios es de mayor facilidad que estar accesando y configurando el Driver.

En la industria se requiere variar la velocidad de los motores para ciertos procesos y esta es una manera muy práctica de hacerlo por medio de señales de control discretas controladas por medio de un PLC.