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Prctica No. 12

CONTROLADORES LGICOS PROGRAMABLES (PLC)

Pontificia Universidad Javeriana Facultad de Ingeniera

Departamento de Electrnica Laboratorio de Control

1. Introduccin El control secuencial es ampliamente usado en la industria. Es la base de todos los esquemas de automatizacin de procesos; por esta razn se hace necesario para el ingeniero electrnico, conocer y manejar las herramientas existentes para la implementacin de este tipo de controladores. En esta prctica se estudiarn e implementarn estrategias de control lgico y secuencial mediante PLCs..

2. Objetivos Adquirir habilidades y destrezas para el manejo de los PLC. Elaborar programas de aplicaciones industriales con PLC.

Aprender conceptos fundamentales sobre la estructura, funcionamiento y caractersticas de un sistema de control lgico y secuencial.

Identificar los modos bsicos de funcionamiento del variador de velocidad Siemens Micromaster 440

Comprender el funcionamiento y variar la velocidad e invertir el giro de un motor AC de induccin empleando el variador.

3. Equipo necesario Computador de escritorio con software de programacin

TwidoSuite.

Cable de red cruzado.

PLC Twido Compact.

Analizador de calidad de la potencia Fluke 43B.

Plataforma modular en el modo de operacin de motor de induccin y variador de velocidad, el cual incluye un motor Siemens modelo 1LA7 080-6YC60 y el variador de velocidad Siemens Micromaster 440.

4. Trabajo Previo Primera Sesin Resuelva las siguientes preguntas

- Qu es un controlador lgico programable (programmable logic controller PLC)? Indique algunas aplicaciones.

- Investigue cules son los lenguajes de programacin para PLCs de acuerdo con el estndar IEC 61131-3?

- Investigue la manera de implementar funciones lgicas en Lgica Ladder y el funcionamiento de los siguientes elementos de este lenguaje.

o Contactos o Temporizadores o Contadores o Comparadores

5. Procedimiento Primera Sesin - Identifique el modelo del PLC Twido Compact que se utilizar

en la prctica. - Ejecute el programa TwidoSuite. - Lea el apartado Assigning IP Addresses en la ayuda de

TwidoSuite, para obtener la direccin IP del PLC. - Lea el apartado Quick TCP/IP Setup Guide for PC-to-

Controller Ethernet Communication , y configure la conexin TCP/IP del computador.

- Realice la conexin entre el computador y el PLC. Revise que haya comunicacin usando el comando ping.

- Cree un nuevo proyecto en TwidoSuite. Utilice la ayuda del aplicativo.

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- Realice un programa que ejecute las funciones lgicas NOT, AND, y OR.

- Simule el funcionamiento del programa. - Descrguelo al PLC y ejectelo. - Resuelva el siguiente problema, implemntelo en lgica Ladder

y verifique el funcionamiento: o La empresa Transmilenio necesita mejorar la

automatizacin de las puertas de sus buses. Para eso se cuenta con una red de aire en todos los buses y cilindros de doble efecto acoplados a las puertas mecnicas. El circuito que usted debe disear debe tener en cuenta que primero el pasajero que se va a bajar presiona un botn y una vez se hecho esto, el conductor presiona otro interruptor para abrirla (Se requieren de las dos acciones). Una vez abierta la puerta, esta se cerrar sola despus de un tiempo prudencial.

o Especifique todos los elementos que necesite y la funcionalidad de cada uno de ellos

o Elabore el diagrama Ladder de su solucin y verifquela en el entrenador.

- Realice el algoritmo de un controlador ON-OFF con histresis para conectarlo a una planta trmica, calentada por una resistencia y enfriada por inyeccin de aire. Para esto cuenta con:

o Contacto normalmente abierto o Contactos normalmente cerrado o Salidas o Bloque comparador: Este bloque cuenta con tres

entradas. Entrada A (tipo entero), Entrada B (tipo entero) y Enable E (tipo binario). Adems cuenta con tres salidas: mayor (>), menor (

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Figura 1.

7. Procedimiento Segunda Sesin - Realice la configuracin del PLC y del PC para establecer una

red Ethernet. - Implemente en lgica Ladder la solucin propuesta al problema

planteado en el trabajo previo y verifique el funcionamiento. - Resuelva el proceso de pasteurizacin descrito a continuacin.

o El sistema est compuesto por un tanque pasteurizador de doble chaqueta. En el recipiente interno se deposita el producto que se pasteurizar (de ahora en adelante producto), mientras que por la chaqueta circula el fluido de calentamiento. El llenado del producto se realiza por gravedad, dando paso a travs de una vlvula denominada XV-001. Mientras se realiza el llenado se debe garantizar que la vlvula XV-004 de descarga del tanque a la empacadora se encuentre cerrada. La cantidad de producto adecuada para la pasteurizacin se determina por un interruptor de alto nivel en el tanque, denominado LSH-001. Una vez se haya llenado el tanque al nivel adecuado, se inicia la pasteurizacin, dando paso al fluido de calentamiento a travs de la vlvula XV-002, durante esta etapa se debe garantizar que la vlvula de salida del fluido de calentamiento, XV-003, se encuentra cerrada. Una vez obtenida la

temperatura de pasteurizacin, determinada por el interruptor de temperatura TSH-001, se activa un contador de un minuto y se cierra la vlvula XV-002. Cuando el tiempo del contador finalice, se deber abrir la vlvula XV-003, para permitir la salida del fluido de calentamiento, y la XV-004, para que el fluido pasteurizado pase a la empacadora.

o Disee el diagrama P&ID que represente el proceso de pasteurizacin indicado, considerando que las acciones de control se realizarn utilizando un PLC. Considere que todas las vlvulas (XV-xxx) tienen actuador con pistn y resorte.

o Disee el programa en lenguaje SFC para controlar el proceso de pasteurizacin. Podr utilizar como mximo 4 DI y 4 DO.

o Genere a partir del programa en SFC la programacin en LD

o Realice la programacin en Ladder de la solucin propuesta

o Descargue la programacin del PC al PLC, verifique el adecuado funcionamiento del sistema.

Sierra

Cortadora

PlataformaMvil

Seguros

PLC

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8. Trabajo Previo Tercera Sesin

Figura 2 Plataforma control de velocidad [1]

Repase los aspectos generales del funcionamiento de un motor de induccin.

Investigue cual es el principio de operacin de un variador de velocidad por modulacin de ancho de pulso (PWM).

Consulte el significado de Factor de Potencia (PF) y de Desplazamiento (DPF). Diferencie entre las dos definiciones y aclare en cul caso son equivalentes.

Repase o consulte como efectuar la medicin de potencia en un sistema trifsico AC ideal (con carga lineal).

Qu se debe tener en cuenta para el numeral anterior, en el caso de un sistema con seales con modulacin por ancho de pulso?

9. Procedimiento Tercera Sesin ADVERTENCIA: Se presentan altas tensiones en el motor,

en el mdulo de conexin y en el mdulo del variador de velocidad. No manipular ni conectar desconectar los cables

con el sistema encendido.

No conecte los cables entre el variador y el motor Prenda la plataforma con el botn de encendido. El despliegue del variador se deber encender

PROGRAMACION DE PARAMETROS DEL VARIADOR DE VELOCIDAD

La programacin se hace empleando el panel BOP (Basic Operator Panel) desde el cual se pueden iniciar funciones de programacin y de operacin.

Fig. 3 Panel de control y configuracin del variador [2]

La Tabla 1 (Anexo) resume las funciones de los diferentes botones del BOP.

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Procedimiento de configuracin de un parmetro por BOP Para moverse por los parmetros del variador de velocidad, se procede de la siguiente forma:

1. Para ingresar a la lista de configuracin oprima el botn

de parmetro

2. Oprima las flechas arriba o abajo hasta que encuentre el parmetro deseado

3. Cuando est en el parmetro deseado, nuevamente

oprima para ingresar a las opciones de configuracin. Estas opciones se visualizan con las flechas de arriba - abajo.

4. Si al oprimir el botn se obtiene la secuencia de acceso a los

ndices de parmetro, vuelva a

oprimir el botn .

5. Cuando este configurado el parmetro deseado y para que el sistema lo pueda guardar, oprima nuevamente ,

.

NOTA: En algunos casos es posible que aparezca en pantalla el

mensaje . Esto significa que el variador est desarrollando tareas de mayor prioridad o en un procedimiento que no acepta interrupciones.

Como el control de velocidad frecuencia trabaja sobre un modelo del motor, se deben programar los parmetros del motor que se va a utilizar.

La Tabla 2 (anexo) incluye los parmetros bsicos que se deben configurar en el variador de velocidad para el control del motor LA7 080-6YC60. Una vez terminada la configuracin saldr en pantalla el mensaje A0541, que significa que el variador est listo para realizar la prueba.

APAGUE LA PLATAFORMA.

MEDICIONES DE FRECUIENCIA, VOLTAJE, CORRIENTE Y POTENCIA EN EL MOTOR TRIFSICO, CON FRECUENCIA VARIABLE.

Conecte las terminales del motor de induccin a las terminales del variador de velocidad, teniendo en cuenta la secuencia de fases indicada. RECUERDE QUE ESTA MANEJANDO TRIFASICA 208 V

Encienda la plataforma.

Con la tecla vaya a la posicin y oprima

. El variador est listo para arrancar.

Con el botn se arranca el motor.

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Qu valor se puede observar en la pantalla? Al oprimir durante dos segundos se pueden leer los parmetros de Voltaje, Corriente y frecuencia del variador.

Mida y grafique los niveles de tensin para cada uno de los siguientes valores:

FRECUENCIA (Hz)

Voltaje de salida (Vrms)

Corriente (Arms)

0

2.5

5

7.5

10

12.5

15

17.5

20

22.5

25

27.5

30

32.5

35

37.5

40

42.5

45

47.5

50

52.5

55

57.5

60

Tabla 3. Valores de tensin vs. frecuencia.

Realice las siguientes grficas usando escalas lineales (no use logartmicas):

a) Tensin vs. Frecuencia

b) Corriente vs. Frecuencia

c) Corriente vs. Tensin

Qu puede concluir de las grficas anteriores?

MEDICION DE CALIDAD DE LA POTENCIA A 60 Hz verifique los niveles de tensin con el analizador de lnea Fluke 43B [3] en el modo Voltmetro/Ampermetro:

VL1-L2 = ________ [Vrms]

VL1-L3 = ________ [Vrms]

VL2-L3 = ________ [Vrms]

VL1N = ________ [Vrms]

VL2N = ________ [Vrms]

VL3N = ________ [Vrms]

Con la pinza amperimtrica mida las corrientes

IL1 = ________ [Arms]

IL2 = ________ [Arms]

IL3 = ________ [Arms]

Qu puede analizar de lo observado?

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Mida y grafique la corriente de lnea para el encendido del motor.

Mida la distorsin armnica en las formas de onda de voltaje y corriente de lnea.

Obtenga el triangulo de la potencia entregada al motor. Mida el factor de potencia y el factor de potencia de desplazamiento.

INVERSIN DE GIRO Y FIJACION DE VELOCIDAD PREDETERMINADA Con el motor en funcionamiento invierta el sentido de giro del motor

oprimiendo el botn , analice el comportamiento de las seales de voltaje y corriente y explique cmo se hace para invertir el giro de un motor trifsico.

En el panel BOP se encuentra un botn de prueba , que se utiliza para hacer pruebas en el variador. Este botn fija una velocidad antes programada por el usuario y el motor girar a la frecuencia establecida, siempre y cuando el botn este oprimido. En el momento en el cual se deje de oprimir, ste se detendr libremente.

La funcin se configura as:

1. Con el motor apagado programe la frecuencia de JOG en el parmetro P1058.

2. Teniendo el interruptor trifsico en posicin de encendido, y sin

oprimir el botn de encendido del variador, presione el botn y mantngalo presionado. El motor debe girar a la velocidad de la frecuencia establecida.

10. Anlisis de resultados Realice un informe en formato de artculo IEEE, en el que incluya una breve explicacin de los experimentos realizados, el anlisis de los resultados obtenidos, y la solucin a las preguntas y problemas.

11. Bibliografa

o Bolton, William. Programmable logic controllers. 4 ed. Research Triangle Park, USA: The Instrumentation, Systems and Automation Society, 2006.

o Hughes, T. Programmable controllers. 4 ed. Newnes, 2005. 292 p.

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o Intenational Society of Automation ISA. Instrumentation Symbols and Identification. ANSI/ISA-5.1-1984(R1992). Research Triangle Park, USA: ISA, 1992. 72 p.

o Lewis, R. W. Programming industrial control systems using IEC 1131-3. London: The Institution of Electrical Engineers, 1998.

o Telecommunications Industry Association (TIA). EIA/TIA-232-F Interface between data terminal equipment and data circuit-terminating equipment employing serial binary data interchange. 1997.

o Pabon M. Jorge A. y Rico B. Ivn D. Manual De Operacin

Plataforma Modular Para La Variacin De La Frecuencia De

Alimentacin De Motores Trifsicos. Pontificia Universidad

Javeriana. Bogot, D.C. , 2009.

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o SIEMENS. MICROMASTER 440 0,12 kW - 250 kW. Instrucciones

de uso Documentacin de usuario 6SE6400-5AW00-0EP0

Edicin 07/05. Disponible en:

http://support.automation.siemens.com/WW/view/es/108049

22/133300

o FLUKE 43B Power Quality Analyzer. Users Manual. 4822 872

30455. rev 2, 12-2008.

o Alexander, Charles K., Fundamentos de circuitos elctricos, 3a

ed., 2006.

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Tabla 1 Botones de la interfaz BOP

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Tabla 2A. Parmetros del variador

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Tabla 2B. Parmetros del variador