Informe Motor DC

Microwin 4.0 SP8

Marco Antonio Cárdenas JiménezIngeniería en Ejecución Electrónica Industrial, Promoción 2014Universidad Arturo Prat

INTRODUCCIÓN

Este informe tiene el propósito de implementar un sistema de circuito de arranque y cambio de giro de un motor dc (motor de corriente continua).

Se utilizarán dos medios para llevar a cabo el mismo diseño; mediante software de simulación eléctrico utilizando el CADeSimu y mediante el uso del software “Microwin 4.0” en conjunto con el simulador de PLC “S7_200”, además de un circuito eléctrico complementario a ambos.

IMPLEMENTACIÓN CON CADeSimu

Se expone a continuación el circuito implementado en CADeSimu:

Al arrancar el simulador nos muestra en rojo brillante la línea de tensión del circuito tal como se muestra a continuación:

Al cerrar -S0 el motor se energiza. Esto se aprecia en el conexionado en color rojo:

Vemos que en la imagen anterior la tensión + llega a través del contacto –K2-11.12 hacia la conexión A2 del motor, mientras que la tensión – llega a través del contacto –K1-11.12 hacia la conexión A1 del motor. Esto supone un giro en una dirección determinada. Se entiende que tanto -K1 como -K2, con sus contactos NO y NC, se activan a través de las bobinas -K1 y -K2 respectivamente, que en el caso mostrado están sin energía. Se aprecia esto gráficamente en el color gris de las líneas de conexión.

Al presionar –S1 se energizan las bobinas y los contactos –K1 y –K2 invierten su posición, es decir, los contactos que estaban NO pasan a NC y viceversa. Esta acción la muestra la imagen siguiente:

Esta acción supone un giro en el sentido de la rotación del motor y se explica de la siguiente forma: la tensión + llega a través del contacto –K1-13.14 hacia la conexión A1 del motor, mientras que la tensión – llega a través del contacto –K2-13.14 hacia la conexión A2 del motor. En otras palabras, la tensión al motor llega de manera invertida a la situación anteriormente mostrada lo que supone un giro en sentido contrario. Finalmente al presionar nuevamente el interruptor –S0 se des-energiza el motor suponiendo una detención del mismo (ausencia de líneas de conexión rojas en el motor):

IIMPLEMENTACIÓN MEDIANTE MICROWIN 4.0

Utilizando el software MicroWin con programación en escalera y en conjunto con el simulador de PLC S7_200 se implementará un sistema de arranque e inversión de motor dc. Para ello se hará necesario el uso de una circuitería extra al S7_200 la que se encargará en estricto rigor de generar el cambio de giro de motor y la parada/arranque del mismo, dejando al PLC sólo la tarea de controlar ambas acciones.

Como primera medida se lleva a cabo la configuración del software que corresponde al modelo específico en el cual se hará la simulación:

Acorde con la experiencia del proyecto, se creó el siguiente programa en escalera utilizando MicroWin 4.0:

El contacto I0.0 corresponde al arranque y parada del motor, en tanto que el contacto I0.1 corresponde al cambio de giro. La salida Q0.0 será la encargada de controlar la función parada/arranque y la salida Q0.1 la encargada de controlar el cambio de giro. Ambas salidas irán conectadas un circuito encargado de ambos procesos el cual se expondrá más adelante.

Para probar su funcionalidad en el simulador S7_200 el programa debe ser compilado. De esta manera se genera el archivo que podrá ser cargado en el simulador a la vez que nos permitirá verificar si nuestro programa tiene errores. Esto se lleva a cabo mediante un proceso llamado “exportación” al cual se accede desde el menú “Archivos” del programa. En la parte inferior, luego de compilar TODO (función a la que se accede a través del menú en la sección “CPU”), podemos verificar que nuestro programa está listo para ser cargado en el S7_200. Antes de ello se debe “Exportar” (se accede a través del menú “Archivo”) para de esta forma generar el archivo con extensión .awl que es el que aceptará nuestro simulador de PLC S7_200.

SIMULACIÓN CON EL S7-200

Ejecutamos el programa el cual nos mostrará la siguiente pantalla:

Para cargar el programa que debe operar en el S7_200 vamos a “Programa”, luego “Cargar programa”. Nos arrojará la siguiente ventana:

Tal y como nos muestra la figura seleccionamos “Todo”. La ventana que sigue es:

Este es el último paso para cargar el archivo que operará en nuestro S7_200 y que en definitiva corresponde al programa que ejecutará indefinidamente el mismo. Una vez cargado el archivo podremos ver dos ventanas que se abren de las cuales sólo nos centraremos en la llamada “KOP”:

EJECUTANDO LA SIMULACIÓN

El paso siguiente para simular nuestro programa es ponerlo en modo RUN (menú PLC, RUN) y activar “STATE PROGRAMA”, en uno de los iconos del menú principal. Acá nuestra simulación ya funcionando:

Nótese que se nos indica que el simulador está en modo RUN y que es la CPU 224. También el nombre del programa cargado (giro_motor). Activaremos el interruptor 0 que corresponde al arranque/parada. El resultado de esta acción nos lo muestra la siguiente captura:

El color azul en los contactos de la ventana KOP nos indica que I0.0 está activo y la salida Q0.0 está energizada, lo que corresponde al arranque del motor.

La siguiente captura nos muestra el correcto funcionamiento del interruptor 1 que correspondería al cambio de giro semejante al caso de arranque/parada en el cual los elementos del KOP se tornan color azul:

Ambas pruebas nos demuestran que nuestro programa está funcionando correctamente en el simulador S7_200 y que lo hará de igual forma en un S7_200 real.

CIRCUITO AUXILIAR PARA MOVIMIENTO DEL MOTOR

En esta última etapa se propondrá un circuito encargado de ejecutar las acciones de control ante descritas y que son:

1.- Arranque/Parada del motor2.- Inversión de giro del motor.

El siguiente circuito creado en CADeSimu simulará ambas acciones:

Los interruptores -S0 y -S1 ejercen la misma función que las salidas del S7_200 y que son Q0.0 y Q0.1 respectivamente, es decir:

-S0= Parada/arranque-S1=Cambio de giro

Entonces para simular el control de las salidas del PLC sobre el circuito auxiliar se activaran los interruptores –S0 y –S1. Ambas figuras se muestran a continuación:

Se puede verificar en ambas imágenes la acción de arranque/parada y cambio de giro.

INTERACCIÓN DEL CONJUNTO Y EXPERIENCIA COMPLETA FINAL

La siguiente figura nos muestra la experiencia que se exige al inicio de la actividad la que abarca el conocimiento en el uso de programa MicroWin 4.0 con su respectiva programación y compilación del programa, el uso del S7_200 virtual con todas las acciones de carga y configuración, y el control final del motor con las funciones de arranque/parada e inversión de giro:

A continuación se muestra el circuito auxiliar que será conectado al PLC, con sus entradas y salidas según lo exigido en el ejercicio y que son:

1.- una conexión para Parada/arranque2.- una conexión para Inversión de giro3.- dos conexiones para el motor4.- una conexión para tierra (referencia)

Se puede corroborar que el circuito propuesto posee las mismas conexiones exigidas en el ejercicio y que se trata de un relé con un interruptor DPDT (dos polos, dos contactos).

Para entender cómo opera el circuito auxiliar se adjunta esquema:

Los 12V se conectan a la entrada 1L. De esta forma se entrega ese voltaje a todas las salidas las que serán activadas bajo la acción del PLC a través de la programación de las mismas. Cabe notar que los interruptores de entrada y salida sólo son una representación de lo que sucede al interior del PLC ya que la circuitería real que opera en ambas secciones se muestra en la siguiente figura extraída de la hoja de datos del S7_200:

En ambas imágenes se puede apreciar que tanto para las salidas como para las entradas se cuenta con aislación óptica. La conmutación a +12V en cada salida se lleva a cabo a través de un transistor MOSFET funcionando como interruptor en modo fuente o “sourcing”.

Como información extra se entrega una imagen esquemática del S7-200 CPU224 y de todas las posibles conexiones tanto de entrada como salida, además de las conexiones de alimentación igualmente extraída de la hoja de datos:

CONCLUSIONES FINALES

Si bien esta experiencia se llevó a cabo en base a simulación, las pruebas efectuadas en ella nos entregan la seguridad suficiente como para llevar a cabo el ejercicio con componentes reales. Aun estando seguros que el realizar esta actividad en forma real obtendremos los mismos resultados que en la simulación, se deben tener en cuenta los siguientes consejos para llevar a cabo la experiencia:

1.- Que el consumo del circuito auxiliar no exceda la máxima cantidad de corriente que pueden entregar las salidas y que según el fabricante es de 0,75A por cada una.

2.- Asegurarse que todas las tierras del sistema estén conectadas entre sí, es decir, la tierra debe ser la misma para todo el circuito.

3.- Desde el MicroWin 4.0 se puede pasar el S7_200 real a estado de RUN siempre y cuando el selector en el mismo esté en posición TERM o RUN.

4.- Tener la precaución para evitar accidentes al poner en modo RUN el S7_200 desde MicroWin ya que la puesta en marcha del motor podría hacerse inmediatamente después de realizada la acción.

5.-Existe una serie de procedimientos de cableado y configuración para poder comunicar el S7_200 con una computadora los cuales no se exponen en este informe por estar esta experiencia enfocada en la simulación más que en la operación con un S7_200 real.

6.- Como nota final se adjunta la lista completa de materiales necesarios para realizar la actividad y que son:

1 Fuente de voltaje 24v, DC.1 Fuente de voltaje 12v, DC1 Circuito de inversión de giro para el motor DC (circuito auxiliar).1 Motor DC2 Interruptores.1 PLC S7 – 200 CPU 224 (dc/dc/dc).1 Computador.1 Interface de conexión (cable PC / PPI).1 Software Step 7 Microwin versión 4.0.1 Cables de conexión.1 Destornillador de paleta (3mm).