INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

“AUTOMATIZACIÓN DE UN MÓDULO DE ENTRENAMIENTO

APLICADO A SISTEMAS DE TRASLADO DE MATERIALES”

TESIS

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO EN

CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN

PRESENTAN: MARCO ANTONIO CEDILLO GUZMÁN

ROBERTO CONCEPCIÓN FUENTES

ASESORES:

M. en C. PEDRO FRANCISCO HUERTA GONZÁLEZ

M. en C. JOSÉ DARÍO BETANZOS RAMÍREZ

MÉXICO D.F. JUNIO 2014

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ÍNDICE ABSTRACT ______________________________________________________________________ 6 DEDICATORIAS ___________________________________________________________________ 8 CAPÍTULO I PLANTEAMIENTO ______________________________________________________ 10

1.1 INTRODUCCIÓN ___________________________________________________________________ 10

1.2 OBJETIVO GENERAL ________________________________________________________________ 12

1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ____________________________________________________________ 12

1.4 JUSTIFICACIÓN ____________________________________________________________________ 12

1.5 ANTECEDENTES SOBRE TRABAJOS DESARROLLADOS _____________________________________ 13 CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO ______________________________________________________ 16

2.1 EL PLC Y SUS COMPONENTES ________________________________________________________ 17 2.1.1 DEFINICIÓN ____________________________________________________________________________ 17 2.1.2 CAMPOS DE APLICACIÓN _________________________________________________________________ 17 2.1.3 VENTAJAS Y DESVENTAJAS _______________________________________________________________ 18

2.2 ESTRUCTURA BÁSICA ______________________________________________________________ 19 2.2.1 DEFINICIÓN Y DESCRIPCIÓN DE LOS COMPONENTES ___________________________________________ 19 2.2.2 ENTRADAS Y SALIDAS ____________________________________________________________________ 21 2.2.3 ALIMENTACIÓN ________________________________________________________________________ 28 2.2.4 UNIDAD DE PROGRAMACIÓN _____________________________________________________________ 28

2.3 NUEVA TECNOLOGÍA EN AUTOMATIZACIÓN: PAC’S ______________________________________ 28 2.3.1 DEFINICIÓN ____________________________________________________________________________ 29 2.3.2 VENTAJAS DE LOS PAC’S EN LA ADQUISICIÓN DE DATOS ________________________________________ 29 2.3.3 CAPACIDAD DE PROCESAMIENTO __________________________________________________________ 29 2.3.4 DIFERENCIAS Y SIMILITUDES ENTRE EL PLC, PAC Y PC ___________________________________________ 29

2.4 SISTEMAS DE COMUNICACIÓN INDUSTRIAL ____________________________________________ 30 2.4.1 LAS COMUNICACIONES Y LA INDUSTRIA _____________________________________________________ 30 2.4.2 ETHERNET INDUSTRIAL __________________________________________________________________ 32 2.4.3 DEFINICIÓN ____________________________________________________________________________ 32 2.4.4 MODELO OSI DE ISO _____________________________________________________________________ 33 2.4.5 EL MODELO TCP/IP ______________________________________________________________________ 35 2.4.6 TOPOLOGÍA ___________________________________________________________________________ 35 2.4.7 CAPA DE RED __________________________________________________________________________ 35 2.4.8 DIRECCIONES IP ________________________________________________________________________ 36 2.4.9 CLASES DE DIRECCIÓN IP _________________________________________________________________ 37 2.4.10 MASCARA DE SUBRED __________________________________________________________________ 38

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2.5 REGULACIÓN DE LA VELOCIDAD EN MOTORES __________________________________________ 39 2.5.1 RECTIFICADORES _______________________________________________________________________ 40

a) RECTIFICADORES NO CONTROLADOS DE TENSIÓN FIJA _________________________________________ 40 b) RECTIFICADORES CONTROLADOS DE TENSIÓN VARIABLE ________________________________________ 41

2.5.2 CIRCUITO INTERMEDIO __________________________________________________________________ 42 2.5.3 ONDULADOR __________________________________________________________________________ 42 2.5.4 FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR ASÍNCRONO ALIMENTADO POR CONVERTIDORES DE FRECUENCIA _____ 43 2.5.5 CONTROL V/f. __________________________________________________________________________ 45

CAPÍTULO III DESARROLLO DEL HARDWARE __________________________________________ 46

3.1 SELECCIÓN DE COMPONENTES ELÉCTRICOS ____________________________________________ 47 3.1.1 PAC COMPACTLOGIX 1769 L32E ___________________________________________________________ 47

a) CONTROLADOR COMPACTLOGIX 1769-L32E __________________________________________________ 48 b) FUENTE DE ALIMENTACIÓN ELÉCTRICA 1769-PA2 ______________________________________________ 49 c) MÓDULO DE ENTRADAS DIGITALES 1769-IQ16 ________________________________________________ 49 d) MÓDULO DE SALIDAS DIGITALES A RELEVADOR 1769-OW16 _____________________________________ 50 e) MÓDULO 1769-ASCII _____________________________________________________________________ 52

3.1.2 BOTONERA DE MANDO PARA EL PAC _______________________________________________________ 53 3.1.3 BOTONERA DE MANDO PARA EL MÓDULO POINT I/O __________________________________________ 55 3.1.4 VARIADOR DE FRECUENCIA POWERFLEX40 __________________________________________________ 56 3.1.5 BOTONERA DE MANDO PARA EL VARIADOR __________________________________________________ 63 3.1.6 MÓDULO POINT I/O _____________________________________________________________________ 64 3.1.7 RELÉ DE CONTROL MCR __________________________________________________________________ 65 3.1.8 FUENTE DE ALIMENTACIÓN 1606-XLE _______________________________________________________ 65 3.1.9 CONTACTOR AUXILIAR K1 ________________________________________________________________ 66 3.1.10 INTERRUPTOR TERMOMAGNETICO DE 2 POLOS IT2 ___________________________________________ 67 3.1.11 INTERRUPTOR TERMOMAGNETICO DE UN POLO IT3 E IT4 ______________________________________ 67 3.1.12 GUARDAMOTOR DE PROTECCIÓN GENERAL IT1 ______________________________________________ 68 3.1.13 SWITCH PARA COMUNICACIÓN ETHERNET __________________________________________________ 69 3.1.14 CLEMAS _____________________________________________________________________________ 69

3.2 DIAGRAMAS ELÉCTRICOS ___________________________________________________________ 73 3.2.1 ALIMENTACIÓN PRINCIPAL _______________________________________________________________ 73

a) FUNCIÓN ______________________________________________________________________________ 73 3.2.2 ALIMENTACIÓN PARA EL VARIADOR POWERFLEX40 ___________________________________________ 73

a) FUNCIÓN ______________________________________________________________________________ 74 3.2.3 ALIMENTACIÓN PARA LA FUENTE 1606-XLE __________________________________________________ 74

a) FUNCIÓN ______________________________________________________________________________ 74 3.2.4 ALIMENTACIÓN PARA EL PAC COMPACTLOGIX ________________________________________________ 75

a) FUNCIÓN ______________________________________________________________________________ 75 3.2.5 CONEXIÓN DEL MÓDULO 1769-IQ16 ________________________________________________________ 76

a) FUNCIÓN ______________________________________________________________________________ 76 3.2.6 CIRCUITO DE MANDO PARA EL RELÉ MCR ____________________________________________________ 76

a) FUNCIÓN ______________________________________________________________________________ 77 3.2.7 CONEXIÓN DEL MÓDULO 1769-OW16 ______________________________________________________ 77

a) FUNCIÓN ______________________________________________________________________________ 77

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3.2.8 CONEXIÓN DEL VARIADOR POWERFLEX40 ___________________________________________________ 78 a) FUNCIÓN ______________________________________________________________________________ 79

3.2.9 CONEXIÓN PARA SEL 1 ___________________________________________________________________ 80 a) FUNCIÓN ______________________________________________________________________________ 80

3.2.10 CONEXIÓN DE LA LÁMPARA H1 ___________________________________________________________ 81 a) FUNCIÓN ______________________________________________________________________________ 81

3.2.11 CONEXIÓN DEL MÓDULO POINT I/O _______________________________________________________ 81 a) CONEXIÓN DE LA TARJETA 1734-IB4 ________________________________________________________ 82 b) CONEXIÓN DE LA TARJETA 1734-OB4 ________________________________________________________ 82 c) CONEXIÓN DE LA TARJETA 1734-OE2V _______________________________________________________ 83

3.2.12 DIAGRAMA DE RED ETHERNET ___________________________________________________________ 83 3.2.13 PLANO GENERAL DE CONEXIÓN ELÉCTRICA _________________________________________________ 84 3.2.14 ARREGLO FÍSICO DEL TABLERO DE CONTROL ELÉCTRICO _______________________________________ 88

3.3 BANDA TRANSPORTADORA _________________________________________________________ 91 3.3.1 REHABILITACIÓN DE LA BANDA TRANSPORTADORA ____________________________________________ 92

CAPÍTULO IV DISEÑO DEL SOFTWARE _______________________________________________ 96

4.1 CONFIGURACIÓN Y COMUNICACIÓN DEL EQUIPO _______________________________________ 97 4.1.1 PC ___________________________________________________________________________________ 97 4.1.2 BOOTP _______________________________________________________________________________ 99 4.1.3 RSLINX ______________________________________________________________________________ 102 4.1.4 RSLOGIX 5000 _________________________________________________________________________ 105 4.1.5 PAC COMPACTLOGIX ___________________________________________________________________ 107 4.1.6 POINT I/O 1734–AENT __________________________________________________________________ 109 4.1.7 VARIADOR DE FRECUENCIA POWERFLEX 40 _________________________________________________ 113

4.2 GENERACIÓN DE TAGS ____________________________________________________________ 116

4.3 FORMA DE DAR DE ALTA SUBRUTINAS _______________________________________________ 117

4.4 CONTROL DEL VARIADOR POWERFLEX40 _____________________________________________ 119 4.4.1 CONTROL POR KEYPAD _________________________________________________________________ 120

a) ACTIVACIÓN Y CONFIGURACIÓN DEL VARIADOR ______________________________________________ 120 b) MODIFICACIÓN DEL PARÁMETRO P036 _____________________________________________________ 120 c) PUESTA EN MARCHA DEL MOTOR _________________________________________________________ 121

4.4.2 CONTROL POR BOTONERA DE MANDO PARA EL VARIADOR ____________________________________ 121 a) ACTIVACIÓN Y CONFIGURACIÓN DEL VARIADOR. _____________________________________________ 121 b) MODIFICACIÓN DEL PARÁMETRO P036. ____________________________________________________ 122 c) MODIFICACIÓN DEL PARÁMETRO A70 ______________________________________________________ 123 d) PUESTA EN MARCHA DEL MOTOR _________________________________________________________ 123

4.4.3 MONITOREO Y GESTIÓN POR HMI _________________________________________________________ 124 a) CONTROL POR COMUNICACIÓN ETHERNET __________________________________________________ 124 b) CONTROL POR SALIDAS DEL PAC __________________________________________________________ 126

CAPÍTULO V RESULTADOS EXPERIMENTALES Y CONCLUSIONES __________________________ 130

5.1 ARMADO DEL TABLERO DE CONTROL ________________________________________________ 131

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5.2 INTERFAZ GRÁFICA HMI ___________________________________________________________ 133 5.2.1 DISPLAY MENÚ ________________________________________________________________________ 134 5.2.2 DISPLAY DE CONTROL ETHERNET _________________________________________________________ 135

a) FUNCIONAMIENTO _____________________________________________________________________ 136 5.2.3 DISPLAY DE CONTROL POR SALIDAS DE PAC _________________________________________________ 137

a) FUNCIONAMIENTO _____________________________________________________________________ 138

5.3 CONCLUSIONES __________________________________________________________________ 142 5.3.1 CONTROL DE LA BANDA TRANSPORTADORA POR MEDIO DEL VARIADOR DE FRECUENCIA ____________ 142 5.3.2 REHABILITACIÓN E INTEGRACIÓN DE LA BANDA TRANSPORTADORA _____________________________ 143 5.3.3 DESARROLLO DEL SOFTWARE PARA CONTROLAR LA BANDA TRANSPORTADORA ___________________ 143 5.3.4 USO A CORTO PLAZO Y MODIFICACIONES A FUTURO __________________________________________ 144

ÍNDICE DE FIGURAS _____________________________________________________________ 145 ÍNDICE DE TABLAS ______________________________________________________________ 150 BIBLIOGRAFÍA Y ANEXOS ________________________________________________________ 152

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ABSTRACT

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In this thesis work was automated a system of materials transfer consisting of a control board and a conveyor belt, linking to the computer through an Ethernet network, which aims is to facilitate the learning of the students of Automation and Control Engineering. The equipment is located at the building 1 in heavy laboratories of the school ESIME Zacatenco. Based the theoretical bases of operation and technical features of the PAC CompactLogix L32E, Point I/O 1734 module and the PowerFlex40 frequency converter; main components of the control board. It also rehabilitated a conveyor belt to complement the system of materials transfer. Its main feature is that it has a reducer ratio of 30:1 so the maximum speed of the band is approximately 53 rpm at 60 Hz. In addition were done two methods of speed variation from the conveyor belt: local and remote; Control by keypad corresponding to the local method and Control by button, remote control, Control by PAC outputs and Control for Ethernet communication to the remote method, in these last three cases used RSLogix5000 software FactoryTalk. It was concluded that the main application of the project is the speed variation in three-phases induction motors and furthermore provide the learning of students in the area of industrial communications.

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DEDICATORIAS

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En este presente trabajo de tesis, me gustaría agradecer primeramente a Dios por bendecirme durante toda mi trayectoria profesional y por hacer realidad este sueño. A mis Padres con la mayor gratitud por todos sus esfuerzos, desvelos y sacrificios para que yo pudiera terminar mi carrera profesional. Por todo el apoyo y consejos que me dieron es esos momentos de duda. Por haberme dado todo y por enseñarme a luchar por lo que se quiere. Gracias por guiar mi camino y estar siempre junto a mí en los momentos difíciles. Por todo esto y más, este triunfo también es de ustedes. A mis profesores, gracias por ayudarme a hacer posible un logro más; el cual no será el último, pero quizá el más importante. Gracias por la fe que depositaron en mí y el conocimiento que me dieron sin esperar nada a cambio más que el orgullo de hacer de mí un triunfador.

Con mucho cariño y respeto: Marco Antonio Cedillo Guzmán

Dedico este trabajo de tesis a mis Padres y Hermana. Porque sólo la superación de mis ideales me ha permitido comprender cada día más la difícil posición de ser padres, mis conceptos, mis valores morales y superación se los debo a ustedes; lo reconozco y lo agradeceré eternamente. En adelante pondré en práctica mis conocimientos y el lugar que en mi mente ocuparon los libros ahora será de ustedes, esto, por todo el tiempo que les robe pensando en mí. A mis profesores, a quienes se han tomado el arduo trabajo de transmitirme sus diversos conocimientos, especialmente del campo y de los temas que corresponden a mi profesión. Ustedes han sido mi mano derecha y quienes me han guiado en el complicado proceso, no ha sido fácil, ni mucho menos, sin embargo gracias a su ayuda, esto ha parecido un tanto menos complicado. Y gracias a Dios por permitirme terminar esta etapa de mi vida:

Roberto Concepción Fuentes

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CAPÍTULO I PLANTEAMIENTO En este capítulo se aborda el tema de la automatización industrial, conforme a esto se plantea el diseño de un tablero de entrenamiento que sirve como apoyo a la formación de Ingenieros en Control y Automatización en los Laboratorio Pesados 1 en ESIME Zacatenco. Una vez planteado esto se asentarán los objetivos que debe cumplir el proyecto en curso y se hará referencia a otros proyectos similares para tener en cuenta su funcionamiento y así mejorarlo.

1.1 INTRODUCCIÓN: AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL La automatización es la facultad que poseen algunos procesos físicos para desarrollar las actividades de operación y funcionamiento en forma autónoma, es decir, por cuenta propia.

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En Sistemas de Producción Industrial, los procesos de producción son operaciones o fases que definen un estado de un producto (o servicio) o consiguen su estado final. Estas operaciones se realizan a través de actividades de producción, siendo éstas las que transforman materia y energía, incluso información, desde un estado (físico, químico y biológico) a otro. En síntesis, la Automatización Industrial se puede entender como la facultad de autonomía o acción de operar por sí solo que poseen los procesos industriales y donde las actividades de producción son realizadas a través de acciones autónomas, y la participación de fuerza física humana es mínima y la de inteligencia artificial, máxima. Hay que recordar que ésta es producto de la inteligencia natural, pero su manifestación en los sistemas de control es mediante la programación en los distintos tipos de procesadores, por lo que es artificial. En general, las cosas y los sistemas se crean y se desarrollan fundamentalmente por la necesidad. En este caso, la Automatización Industrial es causada por las mejoras al producto y a su proceso de fabricación. Asociado al producto (semielaborado o terminado) se tienen parámetros como cantidad, calidad, mercado, métodos de producción, gestión y planificación de la producción, economía de producción y otros. Es aquí donde la Automatización toma cuerpo, sentido y se despliega en toda su expresión. En los últimos años, la Automatización participó en las dos últimas revoluciones industriales de las tres que existen a la fecha. En la primera, las operaciones industriales pasaron a ser más mentales y creativas, con lo que se logró un mejor control de los procesos. En la segunda, la informática y las comunicaciones son componentes de un sistema altamente automatizado, realizando la integración total de un sistema de producción, uniendo la gestión empresarial con las funciones de campo o terreno (actividades de producción). La Automatización Industrial se hace posible mediante los Sistemas de Control, que son organizaciones de equipos e instrumentos (lo físico), que combinados con procedimientos mentales o algorítmicos (lo inteligente) trabajan en torno a propósitos previamente establecidos (lo deseado). Las funciones principales de un Sistema de Control son la observación del proceso y sus variables a automatizar, el acondicionamiento de las variables y parámetros observados, el procesamiento de esta información y su comparación con lo deseado y, posteriormente, la acción de corrección de los elementos terminales para conseguir lo deseado. Los Sistemas de Control se manifiestan desde un sistema muy simple (univariable) hasta altamente complejo (multivariable, multiprocesamiento y/o multitarea). Este grado de complejidad se dará según el tipo de instrumentación a usar, el tipo de procesamiento y los alcances que se desea dar a la automatización. Estos alcances dependerán de situaciones como, por ejemplo, Supervisión y Control de la Producción (integración global del Sistema de Producción), Control de Procesos Industriales (manejo y regulación de variables del sistema), Sistemas de Seguridad en la Producción (alarmas del sistema, protección de personas y dispositivos dentro del proceso productivo), Métodos de Producción (tipo On-Off, secuencias, discontinua, continua, producción por unidad, por lotes o batch, por masa o volumen) y finalmente, el factor económico (la inversión hacia el sistema de control).

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1.2 OBJETIVO GENERAL Automatizar un sistema de traslado de materiales y darle un enfoque didáctico como módulo de entrenamiento, integrando diversos dispositivos con conectividad Ethernet y rehabilitar una banda transportadora existente. 1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Implementar un tablero de control en el cual se integrara un PAC CompactLogix L32E, un variador de frecuencia PowerFlex40, un módulo remoto POINT I/O y un Switch Ethernet.

Controlar la velocidad de una banda transportadora por medio de un variador de frecuencia. Rehabilitar una banda transportadora e integrarla al tablero de control.

1.4 JUSTIFICACIÓN El hecho de automatizar un módulo de entrenamiento aplicado a sistemas de traslado de materiales, se debe a que, actualmente las empresas que tienen mucha demanda en su producción, necesitan mayor facilidad en su proceso, en trasladar material a otro lugar a cualquier hora. La mayoría de las empresas cuentan con bandas transportadoras para todo proceso que tenga que ver con traslado de material, ya sea uso ligero o pesado. Las bandas transportadoras tienen grandes ventajas.

Se adaptan al terreno Permiten el traslado de materiales a grandes distancias Una gran capacidad de transporte Transporta una gran variedad de materiales Es posible la carga y descarga en cualquier punto del trazado Se pueden desplazar No altera el producto trasportado y aumenta la cantidad de producción

En muchos lugares, la formación que dan las escuelas hacia los estudiantes, solo es teórica y cuando los egresados se enfrentan con problemas en la industria, tienen dificultades principalmente con la forma de conectar los equipos eléctricos ya que conocen el funcionamiento pero carecen de las habilidades prácticas. Es por eso que el Instituto Politécnico Nacional se encuentra a la vanguardia en la preparación de ingenieros ya que ataca los dos ámbitos tecnológicos, tanto práctico como teórico; uno de los puntos clave de esto es que se cuenta con equipo reciente y de las marcas más conocidas en la industria, tal como Allen Bradley, Festo y Siemens entre otras.

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Aunado a esto, el Instituto cuenta con equipo didáctico en la preparación en diversas aéreas tecnológicas como son control electromagnético, control neumático, control electroneumático, entre otros muchos dentro de la carrera de control y automatización. Es por esta razón y con el fin de preparar de una mejor manera a los estudiantes de la escuela ESIME Zacatenco, se propone automatizar un sistema de traslado de materiales y rehabilitar una banda transportadora para poder darle un enfoque de módulo didáctico. El sistema estará integrado con dispositivos que se enlazan con una red Ethernet/IP, por medio de una banda trasportadora, equipando al módulo de un CompactLogix L32E, un variador de frecuencia PowerFlex40 para controlar el motor, y un módulo Point I/O 1734–AENT, (extensiones o puntos de entradas y salidas), estos equipos están comunicados vía Ethernet por medio de un Switch. 1.5 ANTECEDENTES SOBRE TRABAJOS DESARROLLADOS A continuación se abordan algunos trabajos relacionados con la automatización de bandas transportadoras, CONTROL DE UNA BANDA TRANSPORTADORA CON PLC SIEMENS S7-200 [a] En este trabajo se implementó un prototipo a escala de una banda transportadora, con una combinación de conocimientos de semilla mecánica, eléctrica y computación necesarios para poder comprender y diseñar sistemas de control de bandas transportadoras. Se justificó en la academia de Control de la Escuela Superior Mecánica y Eléctrica (ESIME), Unidad Culhuacan, se desarrolló por medio de un seminario de “Control Moderno Aplicado a Máquinas Eléctricas Rotatorias y a Sistemas Automatizados”. En este trabajo se aplicó los conocimientos adquiridos durante el seminario. Tomando en cuenta que el motor C.D., por sus características es de fácil uso, económico, adaptándose a nuestras necesidades. DISEÑO DE UNA INTERFAZ GRÁFICA PARA EL CONTROL DE UNA BANDA TRANSPORTADORA DIDÁCTICA [b] En este trabajo de tesis se diseñó el implementó una interfaz gráfica para el control y automatización del fraccionamiento de una banda didáctica ICT1 de la marca BYTRONIC , localizada en los laboratorios de pesados I en el aula A05 de ESIME Zacatenco. Esto con el fin de reparar sus componentes actuales y mejorar la interacción con este equipo, para ser utilizada como apoyo didáctico en las diferentes asignaturas que se imparten en la ingeniería de Control y Automatización en la ESIME Unidad Adolfo López Mateos. Se estudia el concepto de la interfaz gráfica, además del estado de arte sobre varios tipos de interfaces existente. Se mencionan los conceptos para el desarrollo del interfaz, utilizando Visual Basic como la plataforma para desarrollar el programa de la interfaz gráfica y los comandos que fueron necesarias para programarla. Los componentes eléctricos para el desarrollo de la tarjeta de adquisición de datos y

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controladora de los accionamientos de la banda, además de la comunicación RS 232 a utilizarse para un correcto manejo de la información entre la interfaz gráfica y la tarjeta de control así como los componentes con los que cuenta la banda de transporte. Se obtuvo una interfaz gráfica capaz de controlar la banda de trasporte didáctica marcar BYTRONIC, dándole más modos de operación, para que de esta forma pueda ser de ayuda como un material auxiliar didáctico en las instrucciones de educación media y superior, iniciando por la reactivación de la que se encuentra en ESIME Zacatenco en los laboratorios de ICA. Se concluyó que la principal aplicación que se ha dado a las interfaces gráficas es la de controlar y/o monitorear procesos y sistemas tanto internos como externos a la computadora, presentándolos de forma gráfica y entendible a los usuarios para una mejor comprensión. Derivado de esto también se puede concluir que estos sistemas y procesos son difíciles de controlar y eficazmente sin ayuda del interfaz gráfica y de forma manual. Por lo que el desarrollo de esta interfaz se hizo usando el mismo concepto de controlar y monitorear el proceso de la banda transportadora, para así dar a los usuarios por medio de gráficos una visión del sistema para poder controlar de manera eficaz. IMPLEMENTAR UNA RED DEVICENET PARA LA AUTOMATIZACIÓN DE UN SISTEMA DE BANDAS TRANSPORTADORAS [c] En el presente trabajo de tesis, se estudia, se diseña y se realiza la puesta en marcha de una red DeviceNet para la automatización de un par de bandas transportadoras de laboratorio B08 de laboratorios pesados de ICA de la Unidad ESIME Zacatenco, con el fin de tener un prototipo experimental enfocado apoyar el aprendizaje de los alumnos de la carrera, brindándoles una visión prácticas sobre el funcionamiento de una red industria, tomando como ejemplo el protocolo mencionado. El desarrollo de esta tesis, se abordan por separado, los aspectos teóricos referentes a la topología de red DeviceNet, teórica acerca de controladores autómatas programables (PAC´s), características y funcionamiento de sensores inductivos, fotoeléctricos y de final de carrera, variador este frecuencia ajustable y la forma en que estos manipulan motores de inducción de C.A., Con los cuales se mueven las bandas transportadoras. En lo referente al diseño se analizan las cargas de los dispositivos con el fin de poder dimensionar adecuadamente la alimentación para la red, toman en cuenta las recomendaciones que plantean los manuales de planificación e instalaciones de revés DeviceNet, también se considera la longitud del troncal y de las líneas de derivación, para definir adecuadamente las velocidades de transmisión de datos en las cuales pueden funcionar la red. Posteriormente se realiza la programación en diagrama de escalera del PAC, se crean dos distintas rutinas para la puesta en marcha del prototipo, se configuran los parámetros de cada nodo, y se realizan pruebas de funcionamiento para finalmente llegar a la obtención de resultados y presentación de recomendaciones.

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Ya que se han sentado las bases del proyecto, así como los objetivos que debe cumplir, el siguiente paso es recabar la información necesaria sobre los principios de funcionamiento, las principales áreas de operación, así como las ventajas y desventajas del equipo que se piensa usar en el proyecto. Es por esto que en el siguiente capítulo se hace referencia sobre estos temas.

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CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO En este capítulo se abordan los temas con mayor relevancia para poder desarrollar y comprender el funcionamiento del proyecto de una manera más sencilla.

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2.1 EL PLC Y SUS COMPONENTES [4] Para comenzar a tocar el tema de los Controladores Lógicos Programables se deben conocer los conceptos básicos, estructura y características como a continuación se muestran. 2.1.1 DEFINICIÓN Según lo define la Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos de los Estados Unidos, un PLC, Programable Logic Controller (Controlador Lógico Programable) es un dispositivo digital electrónico con una memoria programable para el almacenamiento de instrucciones, permitiendo la implementación de funciones específicas como ser: lógicas, secuenciales, temporizadas, de conteo y aritméticas; con el objeto de controlar máquinas y procesos. También se puede definir como un equipo electrónico, el cual realiza la ejecución de un programa de forma cíclica. La ejecución del programa puede ser interrumpida momentáneamente para realizar otras tareas consideradas más prioritarias, pero el aspecto más importante es la garantía de ejecución completa del programa principal. Estos controladores son utilizados en ambientes industriales donde la decisión y la acción deben ser tomadas en forma muy rápida, para responder en tiempo real. Los PLC son utilizados donde se requieran tanto controles lógicos como secuenciales o ambos a la vez. 2.1.2 CAMPOS DE APLICACIÓN El PLC por sus características especiales de diseño tiene un campo de aplicación muy extenso. La constante evolución del hardware y software amplía constantemente este campo, para poder satisfacer las necesidades que se detectan en el espectro de sus posibilidades reales. Su utilización se da fundamentalmente en aquellas instalaciones en donde es necesario un proceso de maniobra, control y señalización. Por tanto, su aplicación abarca desde procesos de fabricación industriales de cualquier tipo a transformaciones industriales, o control de instalaciones, entre otras. Sus reducidas dimensiones, la extremada facilidad de su montaje, la posibilidad de almacenar los programas para su posterior y rápida utilización, la modificación o alteración de los mismos, hace que su eficacia se aprecie principalmente en procesos en que se producen necesidades tales como:

Espacio reducido Procesos de producción periódicamente cambiantes Procesos secuenciales Maquinaria de procesos variables Instalaciones de procesos complejos y amplios Chequeo de programación centralizada de las partes del proceso

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Ejemplos de aplicaciones generales:

Maniobra de máquinas Maquinaria industrial de plástico Máquinas transfer Maquinaria de embalajes Maniobra de instalaciones: instalación de aire acondicionado, calefacción Instalaciones de seguridad Señalización y control

2.1.3 VENTAJAS Y DESVENTAJAS No todos los autómatas ofrecen las mismas ventajas sobre la lógica cableada, ello es debido, principalmente, a la variedad de modelos existentes en el mercado y las innovaciones técnicas que surgen constantemente. Tales consideraciones obligan a referirse a las ventajas que proporciona un autómata de tipo medio. Ventajas

Menor tiempo empleado en la elaboración de proyectos, debido a que no es necesario dibujar previamente el esquema de contactos, es preciso simplificar las ecuaciones lógicas, ya que por lo general la capacidad de almacenamiento del módulo de memoria es lo suficientemente grande

Posibilidad de introducir modificaciones sin cambiar el cableado ni añadir aparatos Mínimo espacio del tablero donde se instala el PLC Menor costo de mano de obra de la instalación Economía de mantenimiento. Además de aumentar la fiabilidad del sistema, al eliminar contactos

móviles, los mismos autómatas pueden indicar y detectar averías Desventajas

Como inconvenientes podríamos hablar, en primer lugar, de que hace falta un programador, lo que obliga a adiestrar a uno de los técnicos en tal sentido. Esta capacitación puede ser tomada en distintos cursos, inclusive en universidades

El costo inicial

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2.2 ESTRUCTURA BÁSICA La estructura básica de un PLC (Figura 2.1) está compuesta por:

La CPU Las interfaces de entradas Las interfaces de salidas

Figura 2. 1 Estructura básica de un PLC

2.2.1 DEFINICIÓN Y DESCRIPCIÓN DE LOS COMPONENTES Procesador: es el “cerebro” del PLC, es el responsable de la ejecución del programa desarrollado por el usuario. Tareas principales: ● Ejecutar el programa realizado por el usuario ● Administración de la comunicación entre el dispositivo de programación y la memoria, y entre el

microprocesador y los bornes de entrada/ salida ● Ejecutar los programas de autodiagnósticos ● Para poder realizar todas estas tareas, el procesador necesita un programa escrito por el

fabricante, llamado sistema operativo. Este programa no es accesible por el usuario y se encuentra grabado en una memoria que no pierde la información ante la ausencia de alimentación, es decir, en una memoria no volátil

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Memoria: Los PLC’s tienen que ser capaces de almacenar y retirar información, para ello cuentan con memorias. Las memorias son miles de cientos de localizaciones donde la información puede ser almacenada. Estas localizaciones están muy bien organizadas. En las memorias el PLC debe ser capaz de almacenar: Datos del proceso.

Señales de entradas y salidas Variables internas, de bit y de palabra Datos alfanuméricos y constantes

Datos de control:

Instrucciones de usuario, programa Configuración del autómata Tanto el sistema operativo como el programa de aplicación, las tablas o registros de entradas/

salidas y los registros de variables o bits internos están asociados a distintos tipos de memoria La capacidad de almacenamiento de una memoria suele cuantificarse en bits, bytes (grupo de 8 bits), o words (grupo de 16 bits).

Un bit es una posición de memoria que puede tomar valor “0” ó “1” Un byte son 8 posiciones de memoria agrupadas Una palabra o word son 16 posiciones de memoria agrupadas

El sistema operativo viene grabado por el fabricante. Como debe permanecer inalterado y el usuario no debe tener enlaces a él, se guarda en una memoria como las ROM (Read Only Memory), que son memorias cuyo contenido no se puede alterar inclusive con ausencia de alimentación. Tipos de memoria:

a) La memoria de datos También llamada tabla de registros (Figura 2.2), se utiliza tanto para grabar datos necesarios a los fines de la ejecución del programa, como para almacenar datos durante su ejecución y/o retenerlos luego de haber terminado la aplicación. Este tipo de memorias contiene la información sobre el estado presente de los dispositivos de entrada y salida. Si un cambio ocurre en los dispositivos de entrada o salida, ese cambio será registrado inmediatamente en esta memoria. En resumen, esta memoria es capaz de guardar información originada en el microprocesador incluyendo: tiempos, unidades de conteo y relés internos.

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Figura 2. 2 Relación entre las terminales de entrada o de salida con una localización específica en el

registro de E/S Los bornes de conexión de los PLC tienen la misma identificación que la dirección de los registros. Por ejemplo, los bornes de la entrada 001 están relacionados con el lugar de la memoria de datos que se encuentra en la palabra 00, bit 01. Como puede verse, esta codificación asigna a una única entrada o salida, una terminal y consecuentemente un dispositivo de entrada o salida.

b) Memoria de usuario Es la memoria utilizada para guardar el programa. El programa construido por el usuario debe permanecer estable durante el funcionamiento del equipo, además debe ser fácil de leer, escribir o borrar. Por eso es que se usa para su almacenamiento memorias tipo RAM, o EEPROM. A estas memorias se la llama memoria del usuario o memoria de programa. En el caso de usar memorias tipo RAM será necesario también el uso de pilas, ya que este tipo de memoria se borra con la ausencia de alimentación. En el caso de usar memorias EEPROM la información no se pierde al quitar la alimentación. La velocidad con que se pueden escribir y leer el estado de las entradas y salidas juega un papel importante en la velocidad de operación del PLC, por tal motivo para guardar esta información se utilizan memorias tipo RAM (Random Access Memory) que son muy rápidas. 2.2.2 ENTRADAS Y SALIDAS Dispositivos de entrada. Los dispositivos de entrada y salida son aquellos equipos que intercambian (o envían) señales con el PLC. Cada dispositivo de entrada es utilizado para conocer una condición particular de su entorno, como temperatura, presión, posición, entre otras. Entre estos dispositivos podemos encontrar:

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Sensores inductivos magnéticos, ópticos, pulsadores, termopares, RTD’s, encoders, etc.

Los dispositivos de salida (Figura 2.3) son aquellos que responden a las señales que reciben del PLC, cambiando o modificando su entorno. Entre los dispositivos típicos de salida se pueden encontrar:

Contactores de motor Electroválvulas Indicadores luminosos o simples relés

Generalmente los dispositivos de entrada, los de salida y el microprocesador trabajan en diferentes niveles de tensión y corriente. En este caso las señales que entran y salen del PLC deben ser acondicionadas a las tensiones y corrientes que maneja el microprocesador, para que éste las pueda reconocer. Ésta es la tarea de las interfaces o módulos de entrada o salida.

Figura 2. 3 Dispositivos de entradas y salidas

Las entradas se pueden clasificar en:

a) Entradas Digitales También llamadas binarias u “on-off”, son las que pueden tomar sólo dos estados: encendido o apagado, estado lógico 1 ó 0 (Figura 2.4). Los módulos de entradas digitales trabajan con señales de tensión. Cuando por un borne de entrada llega tensión, se interpreta como “1” y cuando llega cero tensión se interpreta como “0”. Existen módulos o interfaces de entradas de corriente continua para tensiones de 5, 12, 24 ó 48 VCD y otros para tensión de 110 ó 220 VCA.

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Figura 2. 4 Señal binaria digital

Los PLC’s modernos tienen módulos de entrada que permiten conectar dispositivos con salida PNP o NPN en forma indistinta (Figura 2.5). La diferencia entre dispositivos con salida PNP o NPN es como la carga (en este caso la carga es la entrada del PLC) está conectada con respecto al neutro o al positivo.

Figura 2. 5 Entrada de común positivo o negativo estándar

Las señales digitales en contraste con las señales analógicas no varían en forma continua, sino que cambian en pasos o en incrementos discretos en su rango. La mayoría de las señales digitales utilizan códigos binarios o de dos estados. Las entradas discretas, tanto las de la corriente continua como las de la corriente alterna, están compuestas por una estructura típica que se puede separar en varios bloques (Figura 2.6)

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Figura 2. 6 Estructura típica de las entradas del PLC

Rectificador: en el caso de una entrada de corriente alterna, convierte la señal en continua. En el

caso de una señal de corriente continua, impide daños por inversión de polaridad Acondicionamiento de señal: elimina los ruidos eléctricos, detecta los niveles de señal para los

cuales conmuta el estado lógico, y lleva la tensión al nivel manejado por el CPU Indicador de estado: en la mayoría de los PLC existe un indicador luminoso por cada entrada. Este

indicador (casi siempre un LED) se encenderá con la presencia de tensión en la entrada y se apagará en caso contrario

Aislamiento: en la mayoría de los PLC las entradas se encuentran aisladas para que, en caso de sobretensiones externas, el daño causado no afecte más que a esa entrada, sin perjudicar el resto del PLC

Circuito lógico de entrada: es el encargado de informar a la CPU el estado de la entrada cuando éste lo interrogue

Cuando la señal llega hasta los bornes del PLC tiene que atravesar todos estos bloques. Recorrer este camino le lleva un tiempo que es llamado: tiempo de respuesta de la entrada. Un aspecto a analizar es el tiempo mínimo de permanencia o ausencia de una señal requerida para que el PLC la intérprete como 0 ó 1. Si una variable de proceso pasa al estado lógico 1, y retorna al estado 0 en un tiempo inferior al tiempo de respuesta de la entrada, es posible que le PLC no llegue a leerla.

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b) Entradas Analógicas Estos módulos o interfaces admiten como señal de entrada valores de tensión o corriente intermedios dentro de un rango, que puede ser de 4-20mA, 0-5 VCD o 0-10 VCD, convirtiéndola en un número. Este número es guardado en una posición de la memoria del PLC. Los módulos de entradas analógicas son los encargados de traducir una señal de tensión o corriente proveniente de un sensor de temperatura, velocidad, aceleración, presión, posición, o cualquier otra magnitud física que se quiera medir en un número para que el PLC la pueda interpretar. En particular es el convertidor analógico digital (A/D) el encargado de realizar esta tarea. Una entrada analógica (Figura 2.7) con un convertidor A/D de 8 bits podrá dividir el rango de la señal de entrada en 256 valores ( ).

Figura 2. 7 Señal analógica

Los módulos de salida digital permiten al PLC actuar sobre elementos que admitan órdenes de tipo prendido - apagado, todo o nada u “on - off”. El valor binario de las salidas digitales se convierte en la apertura o cierre de un relé interno del PLC, en el caso de módulos de salidas a relé. Existe una gran cantidad de módulos de salida discreta, todos ellos con la misma estructura que se presenta en la Figura 2.8.

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Figura 2. 8 Estructura típica de las salidas del PLC

Circuito lógico de salida: es el receptor de la información enviada por la CPU Aislamiento: cumple la misma función que en las interfaces de entrada Indicador de estado: también tiene la misma función que en la entrada Circuito de conexión: está compuesto por el elemento de salida al campo que maneja la carga

conectada por el usuario. Protección: son internas al PLC y pueden ser fusibles en serie con los contactos de salida, alguna

protección electrónica por sobrecarga, o algún circuito RC. Recordar que en caso de que más de una salida use un solo borne de referencia, es éste el que lleva asociada la protección. Por lo cual si esta protección actúa dejarán de funcionar todas las salidas asociadas a ese borne común

El tiempo de respuesta de la salida, al igual que en las entradas, se denomina tiempo de respuesta de la salida al tiempo que tarda una señal para pasar por todos los bloques. Existen cuatro posibilidades para el circuito de conexión de una salida:

1. Salida a relé Es una de las más usuales. Con ellos es posible conectar tanto cargas de corriente alterna como continua. Suelen soportar hasta 2A de corriente. Una buena práctica en la instalación es verificar que la corriente máxima que consume la carga esté dentro de las especificaciones de la salida del PLC. Los tiempos de conmutación de estos tipos de salidas llegan a los 10 ms, tanto para la conexión como para la desconexión. Algunas cargas son muy problemáticas, por ejemplo las cargas inductivas, que

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tienen la tendencia a devolver corriente al circuito cuando son conectadas. Siendo la corriente estimada en unas 30 veces a la corriente de consumo nominal. Esto genera picos de voltaje que pueden dañar la salida a la que está conectada la carga. Para minimizar estos riesgos se utilizan comúnmente diodos, varistores u otros circuitos de protección. Los relés son internos al PLC. El circuito típico es el que se muestra en la Figura 2.9. Cuando el programa active una salida, el PLC aplicará internamente tensión a la bobina del relé. Esta tensión hará que se cierren los contactos de dicho relé. En ese momento una corriente externa pasará a través de esos contactos y así se alimentará la carga. Cuando el programa desactiva una salida, el PLC desactiva la bobina abriendo así los contactos.

Figura 2. 9 Contacto de salida a relé

2. Salidas a transistor

Sólo son capaces de operar con corriente continua, de baja potencia (hasta 0,5 A). Pero tienen tiempos de conmutación que rondan el milisegundo y una vida útil mucho mayor que la de los relés. En este tipo de salida el transistor es el encargado de conectar la carga externa cuando el programa lo indique. El circuito típico se muestra en la Figura 2.10.

Figura 2. 10 Contacto de salida a transistor

3. Salidas por triac

Manejan corrientes alternas. Al igual que los transistores, por ser semiconductores tienen una vida útil mucho mayor que la del relé, que es un elemento electromecánico.

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4. Salidas analógicas Los módulos de salida analógica permiten que el valor de una variable numérica interna del autómata se convierta en tensión o corriente. Internamente en el PLC se realiza una conversión digital analógica (D/A), puesto que el autómata sólo trabaja con señales digitales. Esta conversión se realiza con una precisión o resolución determinada (número de bits) y en un intervalo determinado de tiempo (período muestreo). Esta tensión o intensidad puede servir de referencia de mando para actuadores que admitan mando analógico, como pueden ser las válvulas proporcionales, los variadores de velocidad, las etapas de los tiristores de los hornos, los reguladores de temperatura, etc. Permitiendo al autómata realizar funciones de regulación y control de procesos continuos. 2.2.3 ALIMENTACIÓN La fuente de alimentación proporciona las tensiones necesarias para el funcionamiento de los distintos circuitos del sistema. La alimentación al CPU frecuentemente es de 24 VCD, o de 110/220 VCA. En cualquier caso es el propio CPU el que alimenta las interfaces conectadas a través del bus interno. La alimentación a los circuitos E/S puede realizarse, en alterna a 48/110/220 VCA o en continua a 12/24/48 VCD. 2.2.4 UNIDAD DE PROGRAMACIÓN El autómata debe disponer de alguna forma de programación, la cual se suele realizar empleando la PC, es la forma más cómoda empleada en la actualidad. Permite programar desde un ordenador personal estándar, con todo lo que ello supone: herramientas más potentes, posibilidad de almacenamiento en soporte magnético, impresión, transferencia de datos, monitorización mediante software, entre otros. 2.3 NUEVA TECNOLOGÍA EN AUTOMATIZACIÓN: PAC’S [13] Por más de una década se ha tenido el debate acerca de las ventajas y desventajas de utilizar PLC’s (Controladores Lógicos Programables) comparados con el control basado en PC’s. A medida que se incrementan las diferencias entre las PC’s y PLC’s, con los PLC’s utilizando el hardware de anaqueles (COTS) y sistemas PC incorporando sistemas operativos en tiempo real, una nueva clase de controladores, el PAC se torna en un emergente. PAC, el nuevo acrónimo, creado por la Corporación de Investigación de Automatización (ARC), significa Controlador de Automatización Programable y es utilizado para describir una nueva generación de controladores industriales que combinan la funcionalidad PLC y PC. El acrónimo PAC es utilizado por vendedores tradicionales de PLC para describir los sistemas de alto desempeño.

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2.3.1 DEFINICIÓN Un PAC (Programmable Automation Controller) es una tecnología industrial orientada al control automatizado avanzado, al diseño de equipos para laboratorios y a la medición de magnitudes análogas. El PAC se refiere al conjunto formado por un controlador (una CPU típicamente), módulos de entradas y salidas, y uno o múltiples buses de datos que lo interconectan todo. Este controlador combina eficientemente la fiabilidad de control de un autómata o PLC junto a la flexibilidad de monitorización, cálculo y desempeño de un computador industrial. Los PAC’s pueden utilizarse en el ámbito investigador y de laboratorios, pero es sobre todo en el industrial, para control de máquinas y procesos. A destacar los siguientes: múltiples lazos cerrados de control independiente.

lazos de control robusto adquisición de datos de precisión análisis matemático y memoria profunda monitorización remota, visión artificial, control de movimiento y robótica seguridad controlada administración de recursos ARP o SAP, entre otros

2.3.2 VENTAJAS DE LOS PAC’S EN LA ADQUISICIÓN DE DATOS Una ventaja de los PAC al compararse con los PLC’s, es la habilidad para procesar y desempeñar medidas complejas. Con esta característica, puede combinar diferentes sistemas de adquisición de datos como frecuencias, formas de onda, voltajes, corrientes, control de movimiento e incluso, adquisición de imágenes. Esto crea un nivel sin precedentes de manipulación y estandarización en términos del tipo de señales que pueden manipularse y procesarse. Los PAC’s ofrecen cientos de funciones para procesar, analizar y extraer información de estas señales. 2.3.3 CAPACIDAD DE PROCESAMIENTO Las plataformas PAC’s ofrece procesadores de última generación como los Intel Core 2 Dúo o incluso Core Quad de punto flotante, y proporciona la habilidad para ejecutar cientos de iteraciones y cálculos PID simultáneamente, además de otros controles robustos como redes neuronales o lógica difusa.

2.3.4 DIFERENCIAS Y SIMILITUDES ENTRE EL PLC, PAC Y PC En la Tabla 2.1 se muestra una comparación con las características más significativas entre un PLC, un PAC y una PC.

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Tabla 2. 1 Comparación entre PLC y PAC

Características PLC PAC PC

Estándar Soporta shocks eléctricos y vibración Si Si No Seguridad y estabilidad Si Si No Rangos de temperatura industriales Si Si No Trabajo en tiempo real Si Si No Entradas de fuente de poder redundantes Si Si No Procesador de punto flotante No Si Si Memoria no volátil No Si Si Conectividad a Ethernet vía WEB No Si Si Capacidad de administración de recursos No Si Si Capacidad ilimitada de lazos de control No Si Si

2.4 SISTEMAS DE COMUNICACIÓN INDUSTRIAL [3] Al hablar de automatización, es muy común tocar el tema de las comunicaciones industriales, ya que a partir de ellas se pueden transmitir datos y realizar acciones de control entre diferentes equipos en una misma red, a continuación se toca el tema específico de la red Ethernet. 2.4.1 LAS COMUNICACIONES Y LA INDUSTRIA La comunicación en las plantas industriales es imprescindible la industria moderna. Muchos sistemas están conformados por equipos de diferentes fabricantes y funcionan en diferentes niveles de automatización. Pese a que puedan estar distanciados entre sí, a menudo se desea que trabajen de forma coordinada para un resultado satisfactorio del proceso. El objetivo principal es la comunicación totalmente integrado en el sistema. Esto reporta la máxima flexibilidad y permite integrar sin problemas productos de otros fabricantes a través de las interfaces software estandarizados. Esta integración total se conoce como CIM (computer integrated manufacturing). En los últimos años, las aplicaciones industriales basadas en comunicación digital se han incrementado haciendo posible la conexión de sensores, actuadores y equipos de control en una planta de procesamiento. De esta manera, la comunicación entre la sala de control y los instrumentos de campo se ha convertido en realidad. La comunicación digital debe integrar la información provista por los elementos de campo en el sistema de control de procesos. En la industria coexisten una serie de equipos y dispositivos dedicados al control de una máquina o una parte cerrada de un proceso. Entre estos dispositivos están los autómatas programables, ordenadores de diseño y gestión sensores, actuadores, etc. El desarrollo de las redes industriales ha establecido una forma de unir todos estos dispositivos, aumentando el rendimiento y proporcionando nuevas posibilidades. Las ventajas que se aportan con una red industrial y cuyo costo debe ser estudiado, son, entre otras, las siguientes:

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Visualización y supervisión de todo proceso productivo Toma de datos del proceso más rápida o instantánea Mejora del rendimiento general de todo el proceso Posibilidad de intercambio de datos entre sectores del proceso y entre departamentos Programación a distancia, sin necesidad de estar a pie de fábrica

En una red industrial coexistirán dispositivos de todo tipo, los cuales suelen agruparse jerárquicamente para establecer conexiones lo más adecuadas a cada área. Tradicionalmente se define cuatro niveles dentro de una red industrial como se muestra en la Figura 2.11.

Figura 2. 11 Niveles jerárquicos de una red industrial

Nivel de gestión: es el más elevado y se encarga de integrar los niveles siguientes en una estructura

de fábrica, e incluso de múltiples factorías. Las máquinas aquí conectadas suelen ser estaciones de trabajo que hacen de puente entre el proceso productivo y el área de gestión, en el cual se supervisan las ventas, stocks, etc. Se emplean una red de tipo LAN (Local Área Network) o WAN (Wide Área Network).

Nivel de control: se encarga de enlazar y dirigir las distintas zonas de trabajo. A este nivel se sitúan

los autómatas de gama alta y los ordenadores dedicados al diseño, control de calidad, programación, etc. Se suele emplear una red de tipo LAN.

Nivel de campo y proceso: se encarga de la integración de pequeños automatismos (autómatas

compactos, multiplexores de E/S, controladores PID, etc.) Dentro de sub-redes o “islas”. En el nivel más alto de estas redes se suelen encontrar uno o varios autómatas modulares, actuando como maestros de la red o maestros flotantes. En este nivel se emplean los buses de campo tradicionales, aunque también tienen cabida relé superiores como Ethernet industrial bajo ciertas premisas que aseguren el determinismo la red.

Nivel de E/S: es el nivel más próximo al proceso. Aquí están los sensores y actuadores, encargados

de manejar el proceso productivo y tomar las medidas necesarias para la correcta automatización

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y supervisión. Se trata de sustituir los sistemas de cableado tradicionales por buses de campo de prestaciones sencillas y sistemas de periferia descentralizada.

Esta estructura sin embargo, no es universal, habrá casos en los que conste que un número mayor o menor de niveles, dependiendo del tamaño del proceso y la propia industria. 2.4.2 ETHERNET INDUSTRIAL Ethernet es una especificación para redes de área local que comprende el nivel físico y el nivel de enlace del modelo de referencia ISO/OSI. Se implementa en principio sobre una topología bus serie con mecanismo CSMA/CD para el control del acceso al medio (MAC). Fue desarrollada inicialmente por Xerox Corporation y Digital Equipement Corporation, y ha sido la base para el desarrollo del estándar IEEE 802.3 que difiere ligeramente de la especificación Ethernet. Ethernet se ha convertido rápidamente en un estándar “de facto” por el gran número de equipos que existen en el mercado y la gran cantidad de software desarrollado para esta red. Se implementa originalmente sobre cable coaxial, modificándose la señal en banda base mediante el código Manchester. Sin embargo se han desarrollado especificaciones para que la red Ethernet se pueda implementar sobre otros soportes físicos: par trenzado, fibra óptica, etc. y soportando mayores velocidades de transmisión. Es más, el original control de acceso al medio CSMA/CD ha sido prácticamente desplazado por las técnicas de conmutación (Ethernet conmutada), que agilizan el tráfico de la red, aumentan el ancho de banda de transmisión disponible, aumenta el número de nodos que se pueden conectar a una red local y minimizan tanto la posibilidad de pérdida de mensajes, retardo de propagación de estos hasta su destino. Este hecho ha provocado que Ethernet se haya incorporado definitivamente al entorno industrial como un medio de transmisión fiable, rápido y prácticamente determinista. 2.4.3 DEFINICIÓN Ethernet/IP, es una abreviatura de “Ethernet Industrial Protocol” (Protocolo Industrial Ethernet), es una solución abierta estándar para la interconexión de redes industriales que aprovecha los medios físicos y los chips de comunicaciones Ethernet comerciales. Si se tiene en cuenta que la tecnología Ethernet se utiliza desde mediados de los años setenta y su gran aceptación en todo el mundo, no es de extrañar que Ethernet brinde la mayor comunidad de proveedores del mundo. Al utilizar la tecnología Ethernet, no sólo sigue una tendencia tecnológica común actualmente, sino que, además, se disfruta de la posibilidad de obtener acceso a datos en el nivel de los dispositivos mediante Internet. Ethernet/IP ha sido diseñada para satisfacer la gran demanda de aplicaciones de control compatibles con Ethernet. Esta solución estándar para la interconexión de redes admite la transmisión de mensajes implícita (transmisión de mensajes de E/S en tiempo real) y la transmisión de mensajes explícita

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(intercambio de mensajes). Ethernet/IP es una red abierta que utiliza tecnología comercial ya existente, como:

El estándar de vínculo físico y de datos IEEE 802.3 El conjunto de protocolos Ethernet TCP/IP (Protocolo de control de transmisión/Protocolo

Internet), estándar del sector para Ethernet Protocolo de control e información (CIP), el protocolo que permite la transmisión de mensajes de

E/S en tiempo real e información/transmisión de mensajes entre dispositivos similares 2.4.4 MODELO OSI DE ISO El modelo OSI (Open Systems Interconnection) de ISO (International Stardards Organozation) fue una propuesta para la estandarización de las redes de ordenadores que permite interconectar sistemas abiertos y ofrece al usuario la posibilidad de garantizar la interoperabilidad de los productos entre sí. Este modelo tiene siete capas, diseñadas con arreglo a los siguientes principios:

1. Una capa se creará en situaciones en las que se requiera un nivel diferente de abstracción. 2. Cada etapa deberá realizar una función bien definida 3. La función que realiza cada etapa deberá seleccionar se toman en cuenta la minimización del flujo

de información a través de las interfaces entre capas 4. El número de capas será suficientemente grande como para que funciones diferentes no estén en

la misma capa, y suficientemente pequeño para que la arquitectura no sea difícil de manejar El modelo OSI (Figura 2.12) por sí mismo, no es una arquitectura de red puesto que no especifica el protocolo que debe usarse en cada capa. Posteriormente, estos protocolos fueron implementados por los fabricantes de software de comunicaciones, ajustándose a las funciones de cada una de las capas.

Figura 2. 12 Niveles del modelo OSI

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A continuación se describen las funciones de cada una de las 7 capas:

Nivel 1: define las condiciones físicas como son los niveles de corriente, tensión, modulación, frecuencia, etc. que son necesarias para hacer efectiva la comunicación sobre un medio de transmisión cableado o aéreo

Nivel 2: se define el mecanismo de acceso al medio de transmisión y el direccionamiento de las estaciones, de forma que durante un tiempo definido sólo una estación podrá enviar datos a través del medio de transmisión que se utilice. Los datos se estructura en tramas para su correcta interpretación y se comprueba la transmisión sin errores de los mismos

Nivel 3: encargado de conectar y encaminar los datos que se han de viajar a través de varias subredes y controlar los posibles problemas de congestión de la red

Nivel 4: garantiza la seguridad en el transporte y la coherencia de los datos transmitidos. Es el encargado de coordinar tareas como el control de flujo, la segmentación en bloques y la confirmación o acuse de recibo correcto de los datos. Para realizar estas funciones se establecen conexiones que garantizan que ambos extremos están preparados para el intercambio de datos

Nivel 5: se encarga del control de comunicación. Se hace cargo de la sincronización de la misma y del control del uso que hace cada usuario de la red

Nivel 6: en él los datos se codifican en un lenguaje común Nivel 7: incluye los servicios usuario, es decir, aplicaciones de comunicación a las que el usuario

puede acceder directamente o a través de una interfaz de usuario (programa de comunicaciones)

Tabla 2. 2 Características de las capas de información según ISO Nivel Designación Función Características

7 Capa de aplicación Funciones de aplicación Leer/escribir-recibir/enviar Transferencia de archivos

6 Capa de presentación

Representación de datos sincronización

Lenguaje común

5 Capa de sesión Sincronización Control de comunicación

Coordinación de la comunicación (inicio-fin)

4 Capa de transporte

Establecimiento/terminación de conexiones Confirmaciones Segmentación

Transmisión asegurada de información

3 Capa de red Encaminamiento hacia las subredes interconexión entre distintas subredes

2 Capa de enlace Método de enlace Estructuración de los mensajes en tramas

Comprobación CRC (errores)

1 Capa física Soporte físico de transmisión Señales que codifican la información Medio de transmisión (cable, aéreo)

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2.4.5 EL MODELO TCP/IP TCP/IP es el protocolo del nivel de transporte y red de Internet y suele estar vinculado con las instalaciones Ethernet y el mundo de los negocios. Proporciona una serie de servicios que puede utilizar cualquier pareja de dispositivos para compartir datos. Dado que la tecnología Ethernet y los conjuntos de protocolos estándar como TCP/IP han sido promocionados para uso público, se han producido de forma masiva y pueden conseguirse fácilmente medios físicos y herramientas de software estandarizadas, con lo que puede disfrutar de las ventajas de una tecnología conocida y una gran facilidad de acceso. El UDP/IP (Protocolo de datagrama de usuario) también se utiliza junto con la red Ethernet. UDP/IP proporciona un transporte de datos rápido y eficiente, características necesarias para el intercambio de datos en tiempo real. Para que Ethernet/IP tenga éxito, se ha agregado el protocolo CIP al conjunto TCP/UDP/IP con el fin de proporcionar un nivel de aplicaciones común. Por lo tanto, cuando se elija un producto Ethernet/IP, estará seleccionado también prestaciones de TCP/IP y CIP. Ethernet/IP utiliza el modelo de red de productor/ consumidor, al igual que las redes DeviceNet y ControlNet, que también utilizan CIP. Con la introducción de la tecnología de conmutación de Ethernet y la transmisión de datos full-dúplex, se eliminan las colisiones de datos y el rendimiento mejora drásticamente en la red Ethernet/IP. 2.4.6 TOPOLOGÍA Por lo general, una red Ethernet/IP utiliza una topología de estrella activa en la que los grupos de dispositivos que están conectados punto a punto con un conmutador. La ventaja de una topología en estrella radica en la compatibilidad con productos de 10 y 100 Mbps. Puede combinar dispositivos de 10 y 100 Mbps, y el conmutador Ethernet negociará la velocidad. Asimismo, la topología de estrella le ofrece conexiones fáciles de cablear o de depurar, o en las que resulta fácil detectar fallos y llevar a cabo tareas de mantenimiento. 2.4.7 CAPA DE RED La familia de protocolos TCP/IP fue diseñada para permitir la interconexión entre distintas redes. El mejor ejemplo de interconexión de redes es Internet: se trata de un conjunto de redes unidas mediante encaminadores o routers. Cada host (ordenador) tiene una dirección física que viene determinada por su adaptador de red. Estas direcciones se corresponden con la capa de acceso al medio y se utilizan para comunicar dos ordenadores que pertenecen a la misma red. Para identificar globalmente un ordenador dentro de un conjunto de redes TCP/IP se utilizan las direcciones IP (capa de red). Observando una dirección IP

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sabremos si pertenece a nuestra propia red o a una distinta (todas las direcciones IP de la misma red comienzan con los mismos números).

Tabla 2. 3 Identificación de diferentes host en una red Host Dirección física Dirección IP Red

A 00-60-52-0B-B7-7D 192.168.0.10 Red 1

R1 00-E0-4C-AB-9A-FF 192.168.0.1 A3-BB-05-17-29-D0 10.10.0.1

Red 2 B 00-E0-4C-33-79-AF 10.10.0.7

R2 B2-42-52-12-37-BE 10.10.0.2 00-E0-89-AB-12-92 200.3.107.1

Red 3 C A3-BB-08-10-DA-DB 200.3.107.73 D B2-AB-31-07-12-93 200.3.107.200

El concepto de red está relacionado con las direcciones IP que se configuren en cada ordenador, no con el cableado. Es decir, si tenemos varias redes dentro del mismo cableado solamente los ordenadores que permanezcan a una misma red podrán comunicarse entre sí. Para que los ordenadores de una red puedan comunicarse con los de otra red es necesario que existan routers que interconecten las redes. Un router o encaminador no es más que un ordenador con varias direcciones IP, una para cada red, que permita el tráfico de paquetes entre sus redes. 2.4.8 DIRECCIONES IP [2] La dirección IP es el identificador de cada host dentro de una red de redes. Cada host conectado a una red tiene una dirección IP asignada, la cual debe ser distinta a todas las demás direcciones que estén vigentes en ese momento en el conjunto de redes visibles por el host. Pero sí se podrían tener dos ordenadores con la misma dirección IP siempre y cuando pertenezcan a redes independientes entre sí (sin ningún camino posible que las comunique). Las direcciones IP se clasifican en:

Direcciones IP públicas. Son visibles en todo Internet. Un ordenador con una IP pública es accesible (visible) desde cualquier otro ordenador conectado a Internet. Para conectarse a Internet es necesario tener una dirección IP pública.

Direcciones IP privadas (reservadas). Son visibles únicamente por otros hosts de su propia red o

de otras redes privadas interconectadas por routers. Se utilizan en las empresas para los puestos de trabajo. Los ordenadores con direcciones IP privadas pueden salir a Internet por medio de un router (o proxy) que tenga una IP pública. Sin embargo, desde Internet no se puede acceder a ordenadores con direcciones IP privadas.

A su vez, las direcciones IP pueden ser:

Direcciones IP estáticas (fijas). Un host que se conecte a la red con dirección IP estática siempre lo hará con una misma IP. Las direcciones IP públicas estáticas son las que utilizan los servidores de

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Internet con objeto de que estén siempre localizables por los usuarios de Internet. Estas direcciones hay que contratarlas.

Direcciones IP dinámicas. Un host que se conecte a la red mediante dirección IP dinámica, cada vez

lo hará con una dirección IP distinta. Las direcciones IP públicas dinámicas son las que se utilizan en las conexiones a Internet mediante un módem. Los proveedores de Internet utilizan direcciones IP dinámicas debido a que tienen más clientes que direcciones IP (es muy improbable que todos se conecten a la vez).

Las direcciones IP están formadas por 4 bytes (32 bits). Se suelen representar de la forma a. b. c. d donde cada una de estas letras es un número comprendido entre el 0 y el 255, también se pueden representar en forma hexadecimal desde la 00.00.00.00 hasta la FF.FF.FF.FF o en binario, desde la 00000000.00000000.00000000.00000000 hasta la 11111111.11111111.11111111.11111111. 2.4.9 CLASES DE DIRECCIÓN IP Para que en una red dos computadoras puedan comunicarse entre sí ellas deben estar identificadas con precisión. Este identificador viene definido por el protocolo utilizado. TCP/IP utiliza un identificador denominado dirección Internet o dirección IP, cuya longitud es de 32 bits (4 bytes). La dirección IP identifica tanto a la red a la que pertenece una computadora como a ella misma dentro de dicha red. Lo anterior se resuelve mediante la definición de las "Clases de Direcciones IP". Para clarificar lo anterior se tiene que una red con dirección clase A queda precisamente definida con el primer byte de la dirección, la clase B con los dos primeros y la C con los tres primeros bytes. Los bytes restantes definen los nodos en la red específica tal como se muestra en la Tabla 2.4.

Tabla 2. 4 IP clase A, B y C

Clase Identificación Número

de redes Número de

hosts Rango de

direcciones Máscara de

subred de red de host

A 1 byte 3 bytes 126 16.777.215 1.0.0.0 127.0.0.0

255.0.0.0

B 2 bytes 2 bytes 16.536 65.516 128.1.0.0 191.254.0.0

255.255.0.0

C 3 bytes 1 byte 2.097.142 255 192.1.1.0 223.254.254.0

255.255.255.0

Clase A Son las que en su primer byte tienen un valor comprendido entre 1 y 127, incluyendo ambos valores. Estas direcciones utilizan únicamente este primer byte para identificar la red, quedando los otros tres bytes disponibles para cada uno de los hosts que pertenezcan a esta misma red. Esto significa que podrán existir más de dieciséis millones de ordenadores en cada una de las redes de esta clase. Este tipo de direcciones es usado por redes muy extensas, pero hay que tener en cuenta que sólo puede haber 126 redes de este tamaño. ARPAnet es una de ellas, existiendo además algunas grandes redes comerciales,

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aunque son pocas las organizaciones que obtienen una dirección de "clase A". Lo normal para las grandes organizaciones es que utilicen una o varias redes de "clase B". Clase B Estas direcciones utilizan en su primer byte un valor comprendido entre 128 y 191, incluyendo ambos. En este caso el identificador de la red se obtiene de los dos primeros bytes de la dirección, teniendo que ser un valor entre 128.1 y 191.254 (no es posible utilizar los valores 0 y 255 por tener un significado especial). Los dos últimos bytes de la dirección constituyen el identificador del host permitiendo, por consiguiente, un número máximo de 64516 ordenadores en la misma red. Este tipo de direcciones tendría que ser suficiente para la gran mayoría de las organizaciones grandes. En caso de que el número de ordenadores que se necesita conectar fuese mayor, sería posible obtener más de una dirección de "clase B", evitando de esta forma el uso de una de "clase A". Clase C En este caso el valor del primer byte tendrá que estar comprendido entre 192 y 223, incluyendo ambos valores. Este tercer tipo de direcciones utiliza los tres primeros bytes para el número de la red, con un rango desde 192.1.1 hasta 223.254.254. De esta manera queda libre un byte para el host, lo que permite que se conecten un máximo de 254 ordenadores en cada red. Estas direcciones permiten un menor número de host que las anteriores, aunque son las más numerosas pudiendo existir un gran número redes de este tipo (más de dos millones). En la clasificación de direcciones se puede notar que ciertos números no se usan, el valor 127 en el primer byte se utiliza en algunos sistemas para propósitos especiales. También es importante notar que los valores 0 y 255 en cualquier byte de la dirección no pueden usarse normalmente por tener otros propósitos específicos. En la Tabla 2.5 se muestran dos clases adicionales de direcciones IP, que tienen un uso específico.

Tabla 2. 5 IP especiales

D

Se reservan todas las direcciones para multidestino (multicast), es decir, un ordenador transmite un mensaje a un grupo especifico de ordenadores de esta clase

224.0.0.0 239.255.255.255

E Exclusivamente para fines experimentales 240.0.0.0 247.255.255.255

2.4.10 MASCARA DE SUBRED Una máscara de subred es aquella dirección que enmascarando nuestra dirección IP, nos indica si otra dirección IP pertenece a nuestra subred o no. La Tabla 2.6 muestra las máscaras de subred correspondientes a la clase A, B y C.

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Tabla 2. 6 Mascaras de subred según su clase Clase Mascara de subred

A 255.0.0.0 B 255.255.0.0 C 255.255.255.0

2.5 REGULACIÓN DE LA VELOCIDAD EN MOTORES [15] Un regulador electrónico de velocidad está formado por circuitos que incorporan transistores de potencia como el IGBT (transistor bipolar de puerta aislada) o tiristores, siendo el principio básico de funcionamiento transformar la energía eléctrica de frecuencia industrial en energía eléctrica de frecuencia variable. Esta variación de frecuencia se consigue mediante dos etapas en serie. Una etapa rectificadora que transforma la corriente alterna en continua, con toda la potencia en el llamado circuito intermedio y otra inversora que transforma la corriente continua en alterna, con una frecuencia y una tensión regulables, que dependerán de los valores de consigna. A esta segunda etapa también se le suele llamar ondulador (Figura 2.13). Todo el conjunto del convertidor de frecuencia recibe el nombre de inversor.

Figura 2. 13 Etapas de un variador de frecuencia

El modo de trabajo puede se manual o automático, según las necesidades del proceso, dada la enorme flexibilidad que ofrecen los reguladores de velocidad, permitiendo hallar soluciones para obtener puntos de trabajo óptimos en todo tipo de procesos, pudiendo ser manejados por ordenador, PLC, señales digitales o de forma manual. La mayoría de las marcas incluyen dentro del propio convertidor protecciones para el motor, tales como protecciones contra sobreintensidad, sobretemperatura, fallo contra desequilibrios, defectos a tierra, etc. Además de ofrecer procesos de arranque y frenados suaves mediante rampas de aceleración y de frenado, lo que redunda en un aumento de la vida del motor y las instalaciones. Como debe saberse, el uso de convertidores de frecuencia añade un enorme potencial para el ahorro de energía disminuyendo la velocidad del motor en muchas aplicaciones. Además aportan los siguientes beneficios:

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Mejora el proceso de control y por lo tanto la calidad del producto Se puede programar un arranque suave, parada y freno (funciones de arrancador progresivo) Amplio rango de velocidad, par y potencia. (velocidades continuas y discretas) Bucles de velocidad Puede controlar varios motores Factor de potencia unitario Respuesta dinámica comparable con los Drives de DC Capacidad de bypass ante fallos del variador Protección integrada del motor Marcha paso a paso (comando JOG)

Con respecto a la velocidad los convertidores suelen permitir dos tipos de control:

Control manual de velocidad. La velocidad puede ser establecida o modificada manualmente (display de operador). Posibilidad de variación en el sentido de giro

Control automático de velocidad. Utilizando realimentación se puede ajustar la velocidad

automáticamente. Esta solución es la ideal para su instalación en aplicaciones en las que la velocidad demandada varía de forma continua

2.5.1 RECTIFICADORES

a) RECTIFICADORES NO CONTROLADOS DE TENSIÓN FIJA El fenómeno de la rectificación se da porque los diodos van conmutando cíclicamente al circuito de CC sobre las fases de CA. Es la tensión de esta red la que va forzando el paso a conducción o bloqueo de los diodos, a esta conmutación se le llama forzada. Si sólo se rectifican las semiondas positivas de la tensión alterna tenemos un montaje de media onda y si se rectifican ambas semiondas, tenemos un montaje de onda completa. En los montajes de media onda (Figura 2.14) la tensión no es continua pura, ya que exhibe cierto grado de rizado u oscilación en torno a su valor medio. Los diodos que conducen en cada momento son aquellos en los que la tensión de la fase en la que van conectados supera a la de las otras dos.

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Figura 2. 14 Rectificador trifásico de media onda

El rectificador trifásico de onda completa o puente de Graetz, está formado por seis diodos y tiene la ventaja del menor rizado, tal como se muestra en la Figura 2.15. Este puente es de los más empleados en las aplicaciones industriales de potencia.

Figura 2. 15 Rectificador trifásico de onda completa

b) RECTIFICADORES CONTROLADOS DE TENSIÓN VARIABLE

Los esquemas son similares a los anteriores, cambiando los diodos por semiconductores controlables, que normalmente son tiristores, así lograremos que la tensión de salida sea variable y con prestaciones más interesantes debido a esta circunstancia. El puente trifásico de onda completa o de Graetz es el más empleado desde el punto de vista industrial, ya que tiene las siguientes ventajas:

Carga simétrica para la línea trifásica Se absorben menos armónicos de intensidad en la línea trifásica

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La tensión continua es de rizado con menor amplitud y por tanto los filtros para alisado son menores

Las prestaciones dinámicas son mayores, ya que con seis pulsos se puede variar el ángulo de encendido seis veces por periodo

2.5.2 CIRCUITO INTERMEDIO La etapa central es el denominado circuito intermedio de continua y que puede funcionar como fuente de tensión o intensidad para la etapa final del ondulador, según la disposición que se adopte. A veces al ondulador se le llama inversor tal como aparece en la figura, aunque es más correcto llamar inversor a todo el conjunto (rectificador, circuito intermedio y ondulador). La función del circuito intermedio es alimentar la tercera etapa, es decir al ondulador, y esto puede hacerlo funcionando como fuente de tensión, en cuyo caso se colocaría un condensador electrostático entre los terminales (+) y (-) para mantener constante la tensión y daría lugar a un inversor con circuito intermedio de tensión. Cuando el circuito intermedio funciona como fuente de intensidad para el ondulador, se pone una inductancia en serie con una de sus ramas, su función es mantener constante la intensidad, y estaríamos hablando de un inversor con circuito intermedio de intensidad. Según la configuración que se adopte las características del inversor son distintas y condiciona cuestiones tales como: armónicos, resistencia de frenado, gama de potencias, accionamiento para un solo motor o varios a la vez, etc. 2.5.3 ONDULADOR El ondulador es un conmutador electrónico que comunica alternativamente la tensión o intensidad continua del circuito intermedio sobre las fases del motor de CA conectado a su salida. La disposición más común es el puente trifásico de Graetz y está formado por semiconductores controlables que pueden ser tiristores, tiristores desconectables por puerta (GTO), transistores de potencia, IGBT (transistor bipolar de puerta aislada o MOSFET (transistor de efecto campo de óxido metálico), tal como se muestra en la Figura 2.16. De los anteriores el que más se está utilizando para motores industriales de BT es el IGBT.

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Figura 2. 16 Circuito general del ondulador

En función de la mayor o menor perfección del sistema de conmutación lograremos que las ondas de tensión a la salida hagan que las corrientes absorbidas se acerquen más o menos al sistema trifásico senoidal. Hay distintas formas de regular la tensión de salida del inversor como son:

Variar el valor de la tensión en el circuito intermedio Variar el ancho de la zona de conducción de cada semionda de salida Variar la tensión de salida en función de la proporción entre los tiempos de conexión y desconexión

de los semiconductores de potencia mediante la técnica de regulación PWM (iniciales de Modulación del Ancho de Pulso, en inglés). Además de regular la salida, este método tiene la ventaja de generar una onda de tensión de salida que mejora notablemente la onda de intensidad absorbida por el motor, lo cual hace que el motor funcione de forma semejante a si estuviera alimentado por tensiones senoidales de la red. Con ello se logra la grandísima ventaja de emplear motores normalizados de fabricación en serie sin la necesidad de fabricar motores específicos para poder ser regulados por convertidores

2.5.4 FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR ASÍNCRONO ALIMENTADO POR CONVERTIDORES DE FRECUENCIA Los inversores con circuito intermedio de tensión son los más usados en aplicaciones prácticas, siendo su campo predominante el de las pequeñas y medianas potencias. Un inversor se elige en función de parámetros tales como:

Accionar a un solo motor o varios Banda necesaria de regulación y su precisión Consecuencias sobre la red eléctrica del convertidor adoptado ¿Tiene sentido económico prever un retorno de energía? (Frenado regenerativo) Velocidad de respuesta para adaptarse a los cambios de consigna

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Para aprovechar al máximo el motor hay que controlarlo de modo que el flujo se aproxime lo más posible al nominal para el cual ha sido diseñado. Cuando el motor está regulado con flujo constante e igual al nominal presenta unas curvas características como se muestra en la Figura 2.17.

Figura 2. 17 Curvas de par-velocidad de un motor asíncrono alimentado a flujo constante

Una forma de lograr que el flujo sea constante de manera aproximada, es hacer que la tensión y la frecuencia varíen de forma proporcional. Sin embargo esto es sólo aproximado, y a medida que las frecuencias van bajando los flujos disminuyen también por lo que el par para bajas frecuencias disminuye de forma importante, tal como se muestra en la Figura 2.18.

Figura 2. 18 Curvas de par-velocidad en régimen permanente para un motor asíncrono alimentado con

tensión y frecuencia variable Para lograr el funcionamiento con flujo constante es preciso que a bajas frecuencias la tensión sea más elevada que lo que dicta la ley sencilla de la proporcionalidad. Cuando la regulación necesaria para

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modificar la velocidad supera la frecuencia nominal (50 Hz), el flujo ha de disminuir, ya que la tensión no debe ser elevada para no sobrepasar las posibilidades dieléctricas del bobinado del motor. En este caso las curvas de par para frecuencias elevadas decrecen, por lo que habrá que verificar que los menores pares disponibles cumplen los requisitos de la máquina accionada a alta velocidad. En general en aquellos inversores con circuito intermedio de tensión, para el control del par electromagnético del accionamiento se emplean los siguientes métodos:

Regular la tensión del estator en función de la frecuencia. (Control V/f) Regulación mediante la descomposición vectorial de la intensidad del estator sobre unos ejes

orientados con el flujo magnético. (Control vectorial) 2.5.5 CONTROL V/f. Con este método la tensión de alimentación evoluciona proporcionalmente a la frecuencia. Cuando V/f es constante el motor funciona de forma aproximada con flujo constante en los regímenes permanentes. Este tipo de control es más fácil de llevar a la práctica en un convertidor y se suele emplear cuando los requisitos de regulación son de baja velocidad. La proporcionalidad V/f desaparece en las bajas frecuencias, además la característica de la curva de par depende también de la frecuencia del rotor y de su temperatura, por lo que el dispositivo de control del convertidor ha de incluir las correspondientes correcciones. En los convertidores con este tipo de control, una de las parametrizaciones más importante es la selección o ajuste de la curva V/f (Figura 2.19). Algunos convertidores traen varias curvas ya ajustadas en su programación. Para seleccionar la curva adecuada se debe tener en cuenta las características de tensión y frecuencia del motor y la velocidad máxima a la que puede girar el rotor.

Figura 2. 19 Curva característica V/f

Una vez recabada la información necesaria para comprender de una mejor manera la forma que opera el equipo que se desea usar, lo siguiente es hacer una selección del equipo planeado y hacer los diagramas necesarios según su funcionamiento.

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CAPÍTULO III DESARROLLO DEL HARDWARE En este capítulo se aborda el tema de la selección del equipo eléctrico que conforma el tablero, basándose en sus principales características técnicas y de funcionamiento. Posteriormente se explica cada uno de los diagramas eléctricos y de comunicación correspondientes a los equipos involucrados en el tablero de control eléctrico. Por último se hace mención de la rehabilitación efectuada a una banda transportadora como complemento al tablero de control

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3.1 SELECCIÓN DE COMPONENTES ELÉCTRICOS La selección del equipo eléctrico es de vital importancia ya que de él depende el correcto funcionamiento del tablero, a continuación se detallan las características técnicas del los elementos empleados. 3.1.1 PAC COMPACTLOGIX 1769 L32E [8] La plataforma CompactLogix reúne las siguientes ventajas: entorno de programación común, redes y medio común de control, dimensiones reducidas y alto rendimiento. Combinado con los módulos Compact I/O, la plataforma CompactLogix es perfecta para aplicaciones simples de control a nivel de máquina, con o sin control de movimiento simple, con una potencia y capacidad de escalado inigualables. Una plataforma CompactLogix es ideal para sistemas que requieren control autónomo y conectado al sistema mediante las redes Ethernet/IP, ControlNet o DeviceNet. En la Figura 3.1 se pude observar la estructura del PAC CompactLogix, el cual cuenta con los siguientes componentes:

a) Controlador 1769-L32E b) Fuente de alimentación eléctrica 1769-PA2 c) Módulo de entradas digitales 1769-IQ16 d) Módulo de salidas digitales a relevador 1769-OW16 e) Módulo de comunicación serial 1769-ASCII

Figura 3. 1 Estructura general CompactLogix

Al diseñar un sistema CompactLogix, se debe determinar la configuración de red y la posición de los componentes en cada ubicación. Para el diseño del sistema, se debe seleccionar lo siguiente:

Controlador Fuente de alimentación Dispositivos de E/S Una red de comunicación

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Software Consideraciones:

El controlador CompactLogix es siempre el módulo del extremo izquierdo en el sistema El controlador debe estar a una distancia no superior a cuatro módulos de la fuente de

alimentación del sistema El controlador 1769-L32E admite hasta 16 módulos de E/S, pudiendo utilizar un máximo de 3

bancos de E/S con 2 cables de expansión Cada uno de los bancos de E/S requiere su propia fuente de alimentación eléctrica Solo se puede utilizar un controlador en un sistema CompactLogix Una tapa de extremo derecho 1769-ECR o una tapa de extremo izquierdo 1769-ECL es necesaria

para terminar el extremo del bus de comunicación

a) CONTROLADOR COMPACTLOGIX 1769-L32E [8] En la Figura 3.2 se muestra el controlador 1769-L32E el cual ofrece, comunicación y elementos de E/S avanzados en un paquete de control distribuido, proporciona un sistema pequeño, eficiente y rentable.

Figura 3. 2 Controlador 1769-L32E

La Tabla 3.1 muestra las características técnicas del controlador 1769-L32E.

Tabla 3. 1 Características del controlador L32E Descripción Controlador 1769-L32E Compact Memoria disponible al usuario 750KB

Opciones de comunicación 1 puerto Ethernet/IP 1 puerto serial RS-232 (DF1 o ASCII)

Número de tareas admitidas 6 Número de módulos de E/S admitidos 16 Clasificación de distancia respecto a la fuente de alimentación

4 módulos

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b) FUENTE DE ALIMENTACIÓN ELÉCTRICA 1769-PA2 [12] La fuente de alimentación eléctrica PA2 (Figura 3.3) suministra voltaje al controlador, a los módulos de E/S y al módulo ASCII para poder operar.

Figura 3. 3 Fuente de alimentación eléctrica 1769-PA2

En la Tabla 3.2 se tienen las características técnicas de la fuente de alimentación.

Tabla 3. 2 Características de operación de la fuente de alimentación eléctrica 1769-PA2

Descripción Fuente de alimentación eléctrica de expansión 1769 Compact I/O

Categoría de voltaje 120 V/220 VCA Rango de voltajes de funcionamiento 85…265 VCA

Voltajes de salida 5VCD- 2A 24VCD -1A

c) MÓDULO DE ENTRADAS DIGITALES 1769-IQ16 [9]

Como se muestra en la Figura 3.3, el módulo 1769-IQ16 cuenta con dos bloques independientes de entradas, el primer bloque que abarca desde la terminal IN 0 hasta IN 7 que es alimentado en la terminal DC COM 1. En el segundo bloque se tienen las terminales IN 8 a IN 15 y se alimenta en la terminal DC COM 2.

Figura 3. 3 Disposición física de las terminales de entrada del módulo 1769-IQ16

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La Figura 3.4 muestra la conexión drenador en el primer bloque de entradas del módulo 1769-IQ16, donde la terminal DC COM1 es alimentada con un voltaje de -24 VCD y el común de todos los dispositivos de entrada se alimenta con +24 VCD.

Figura 3. 4 Diagrama de conexión drenador

En la Figura 3.5 se representa la conexión surtidor, donde la terminal DC COM 2 es alimentada con +24 VCD y el común de los dispositivos de entrada se alimenta con -24 VCD.

Figura 3. 5 Diagrama de conexión surtidor

En la Tabla 3.3 se tienen las características técnicas del módulo de entradas digitales.

Tabla 3. 3 Características generales del módulo 1769-IQ16 Descripción Módulo de entradas digitales 1769-IQ16 Entradas 16 entradas Categoría de voltaje 24VCC drenador/surtidor

Rangos de voltaje de funcionamiento 10… 30VCC a 30 °C (86 F) 10… 30VCC a 60 °C (140 F)

Corriente del backplane 115mA a 5.1V Clasificación de distancia respecto a la fuente de alimentación eléctrica

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d) MÓDULO DE SALIDAS DIGITALES A RELEVADOR 1769-OW16 [10]

Como se observa en la Figura 3.6, este módulo se divide en dos bloques independientes, el primer bloque corresponde a las terminales OUT 0 a OUT 7 con la terminal de alimentación VCA/VCD 1 y el segundo corresponde a las terminales OUT 9 a OUT 15 con la terminal de alimentación VCA/VCD 2.

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Figura 3. 6 Disposición física de las terminales de entrada del módulo 1769-IQ16

En la Figura 3.7 se muestra la conexión a corriente alterna o directa en el primer bloque de salidas digitales 1769-OW16. La alimentación entre el primer y segundo bloque son independientes.

Figura 3. 7 Conexión típica del primer bloque de salidas digitales del módulo 1769-OW16

En la Figura 3.8 se muestra la conexión típica en VCA o VCD. Cabe mencionar que el funcionamiento de ambos bloques es independiente, por lo que se puede manejar VCA en uno, mientras que en el otro puede trabajarse con VCD.

Figura 3. 8 Conexión típica del segundo bloque de salidas digitales del módulo 1769-OW16

En la tabla 3.4 se tienen las características técnicas del módulo de salidas digitales 1769-OW16, tanto para VCD como para VCA.

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Tabla 3. 4 Características del módulo de salidas 1769-OW16

Descripción Módulo de salidas digitales a relé 1769-OW16

Salidas 16 Categoría de voltaje Relé VCA/VCD normalmente abierto

Rangos de voltaje de funcionamiento 5… 265 VCA 5… 125 VCD

Corriente del backplane 205mA a línea de 5VCD 180mA a línea de 24VCD

Clasificación de distancia respecto a la fuente de alimentación eléctrica

8

La Tabla 3.5 se muestran los amperajes que soportan los relevadores en VCA y VCD en las salidas del módulo 1769-OW16.

Tabla 3. 5 Características de los contactos a relé del módulo de salida 1769-OW16

e) MÓDULO 1769-ASCII [8]

Interface de dos canales de uso general, proporciona una interface de red flexible a una amplia variedad de dispositivos ASCII RS-232, RS-485 y RS-422. Proporciona las conexiones de comunicación al dispositivo ASCII (Figura 3.9). La Tabla 3.6 muestra las características técnicas.

Figura 3. 9 Módulo 1769-ASCII

Voltaje (max.) Amps. continuos por

punto (max.) Amperes

NEMA Cierre Apertura

240VCA 2.5A

7.5A 0.75A C300

120 VCA 15A 1.5A 125VCC 1.0A 0.22A(3)

R150

24VCC 2.0A 1.2A

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Tabla 3. 6 Características eléctricas del módulo 1769-ASCII

Corriente del backplane Clasificación de distancia respecto a la fuente de alimentación eléctrica

4.25 mA a 5.1V 4 Función del módulo ASCII. Se puede utilizar el puerto serial para interactuar con dispositivos ASCII cuando el controlador está configurado para el modo de usuario. Por ejemplo, se puede utilizar el puerto serial para:

leer caracteres ASCII desde un módulo de báscula o desde un lector de códigos de barras enviar y recibir mensajes desde un dispositivo activado por ASCII, como un terminal MessageView

3.1.2 BOTONERA DE MANDO PARA EL PAC Esta botonera está diseñada con funciones básicas como es la selección del tipo de control sobre el variador PowerFlex40, arranque y paro del relé de control MCR, prueba y señalización de entradas y salidas del PAC CompactLogix. La Figura 3.10 muestra los pulsadores, lámparas de indicación y el selector para el tipo de control de la velocidad, la Tabla 3.7 describe el funcionamiento de cada uno de los elementos de la misma.

Figura 3. 10 Diseño de la botonera de mando para el PAC

Tabla 3. 7 Función de los elementos de la botonera de mando para el PAC

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Botón Función

SEL-2

Posición: Izquierda Habilita la botonera mando para el variador de frecuencia

PowerFlex40 El segundo bloque de salidas del módulo 1769-OW16 se

encuentra deshabilitado al no haber alimentación en la terminal VCA/VCD2

Posición: Derecha Deshabilita la botonera del variador de frecuencia

PowerFlex40 Habilita el segundo bloque de salidas al alimentar la terminal

VCA/VCD2 BA

Activa el relé MCR, una vez activado: Activa la lámpara H1 Habilita los botones B1, B2 y B3 conectados en el primer

bloque de entradas del módulo 1769-IQ16 Habilita las lámparas H2, H3 y H4 conectadas en el primer

bloque de salidas módulo 1769-OW16

BP1

Desactiva el relé MCR, una vez activado: Desactiva la lámpara H1 Deshabilita los botones B1, B2 y B3 conectados en el primer

bloque de entradas del módulo 1769-IQ16 Deshabilita las lámparas H2, H3 y H4 conectadas en el primer

bloque de salidas módulo 1769-OW16

Botón Función

B1

Botón con retención color rojo conectado a la entrada 0 (In 0) del primer bloque de entradas del PAC

B2

Botón sin retención color ámbar conectado a la entrada 1 (In 1) del primer bloque de entradas del PAC

B3

Botón sin retención color verde conectado a la entrada 2 (In 2) del primer bloque de entradas del PAC

Lámpara

Función

55

H1

Lámpara color Azul de 24VCD; una vez encendida indica que el variador de frecuencia puede ser controlado mediante las entradas y salidas físicas del PAC

H2

Lámpara color rojo de 24VCD que indica que la salida 0 (Out 0) del PAC ha sido activada

H3

Lámpara color ámbar de 24VCD que indica que la salida 1 (Out 1) del PAC ha sido activada

H4

Lámpara color verde de 24VCD que indica que la salida 2 (Out 2) del PAC ha sido activada

3.1.3 BOTONERA DE MANDO PARA EL MÓDULO POINT I/O La Figura 3.11 muestra la botonera de mando para el módulo POINT I/O, la cual tiene dos funciones en general: mando y visualización, los botones funcionan como entradas para la tarjeta 1734-IB4 el módulo POINT I/O, mientras que las lámparas son salidas conectadas en la tarjeta 1734-OB4 del mismo módulo. El voltímetro de la botonera tiene la función de visualizar el voltaje de la salida analógica del módulo 1734-OE2V. En la Tabla 3.8 se describe la función de cada elemento más afondo.

Figura 3. 11 Diseño de la botonera de mando para el módulo POINT I/O

Tabla 3. 8 Función de los elementos de la botonera de mando para el módulo POINT I/O

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Botón/Selector Función SEL-2

Posición: Izquierda Activa el contactor K1 Activa el variador de frecuencia PowerFlex40

Posición: Derecha Se habilita K1 hasta que la salida OUT 3 del módulo 1769-

OW16 esté activa B4

Botón con/sin retención color rojo conectado a la entrada 0 (In 0) del módulo 1734-IB4

B5

Botón con/sin retención color rojo conectado a la entrada 1 (In 1) del módulo 1734-IB4

Lámpara Función

H5

Lámpara color rojo de 24VCD que indica que la salida 0 (OUT 0) del módulo 1734-OB4 ha sido activada

H6

Lámpara color verde de 24VCD que indica que la salida 1 (OUT 1) del módulo 1734-OB4 ha sido activada

3.1.4 VARIADOR DE FRECUENCIA POWERFLEX40 [5] En la Figura 3.12 se observa el variador PowerFlex40, el cual cuenta con un control vectorial sin sensores para satisfacer las demandas de par de baja velocidad, lo cual quiere decir que a bajas velocidades el par se mantiene constante. Cuenta con opciones de embalaje flexible y una estructura de programación sencilla desde el keypad, este variador se puede instalar fácil y rápidamente, también se puede configurar para varias aplicaciones.

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Figura 3. 12 Variador de frecuencia PowerFlex40

En la Tabla 3.9 se especifican características generales de alimentación, funcionamiento, comunicación y normas que cumple. En la Tabla 3.10 se tienen características específicas de operación.

Tabla 3. 9 Características generales del variador PowerFlex40 [6]

Clasificación 200…240 V/ 0.4…7.5 kW/0.5…10 Hp/2.3…33 A

Control de motores Control de voltaje y frecuencia Control vectorial sin sensores

Comunicaciones RS485 integrado, protocolo industrial común

Interface de usuario Teclado de programación integral e indicadores LED locales

Grado de protección IP20, IP30, IP66/NEMA 4X

Certificaciones

UL CE cUL C-Tick

Tabla 3. 10 Características específicas de la serie PowerFlex40

Tipo Voltaje de

entrada Frecuencia kW Hp

Corriente de salida (A)

Tamaño de estructura

Monofásico 200…240VCA 50/60Hz 0.4 0.5 2.3 B La Figura 3.13 muestra la caratula del teclado o keypad, en el cual se compone de un display alfanumérico, botones de navegación y selección, un potenciómetro para la regulación de la velocidad e indicadores luminosos para advertir de fallas o en su defecto para indicar un estado de trabajo.

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Figura 3. 13 Partes del teclado de programación

En la Tabla 3.11 se describe el estado de cada indicador luminoso y la función que realiza en el keypad del variador.

Tabla 3. 11 Función de los LEDs de visualización Indicador Indicador LED Estado del LED Descripción

Estado de marcha/dirección

Fijo Variador activo, sentido de giro asignado por el operador

Parpadeante

El sentido de giro ha cambiado. Indica la dirección actual de giro hasta que el motor hasta que el motor se detiene totalmente

Unidades de visualización

Fijo Indica la unidad de visualización

Pantalla alfanumérica

Fijo Indica el parámetro, el valor del parámetro. o el código de fallo

Parpadeante

El dígito único parpadeante indica que puede editarse. Todos los dígitos parpadeantes indican una condición de fallo.

Estado de programación

Fijo El valor del parámetro puede editarse

Estado de fallo Parpadeante El variador se encuentra en fallo

Estado del potenciómetro

Fijo El potenciómetro se encuentra habilitado en el teclado

Estado de la tecla inicio

Fijo Indica que la tecla de arranque en el teclado se encuentra activa

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La Tabla 3.12 menciona cada uno de los botones que componen el keypad así como la función que realizan cada uno de ellos.

Tabla 3. 12 Funciones del teclado Tecla Nombre Descripción

Escape

Retroceder un paso en el menú de programación. Cancelar un cambio de un valor de parámetro. Salir del modo de programación.

Seleccionar

Avanzar un paso en el menú de programación. Seleccionar un dígito cuando se ve un valor de parámetro.

Flecha arriba/ Flecha abajo

Desplazarse por los grupos y parámetros. Aumentar/disminuir el valor de un dígito parpadeante.

Enter

Avanzar un paso en el menú de programación. Guardar un cambio a un valor de parámetro.

Potenciómetro Se usa para controlar la velocidad del variador.

Arranque

Se usa para iniciar el variador siempre que se tenga habilitado el teclado de programación.

Reversa

Se usa para invertir la velocidad del variador.

Paro

Se usa para detener el variador o borrar un fallo. Esta tecla siempre está activa.

La Tabla 3.13 muestra el menú de visualización y su función para el display alfanumérico del variador de frecuencia, este consiste en cuatro grupos: Fallos, Visualización, Programación y Programación Avanzada.

Tabla 3. 13 Menú de visualización en la pantalla alfanumérica Menú Grupo Descripción

Designador de fallos

Consiste en la lista de códigos para condiciones de fallo específicas. Aparece únicamente ante la presencia de un fallo.

Solo visualización

Consta de las condiciones de operación del variador vistas comúnmente.

Programación básica

Consta de las funciones programables usadas más comúnmente.

Programación avanzada Consta de las funciones programables restantes

La Figura 3.14 muestra el diagrama interno de conexión y forma de cableado del variador de frecuencia PowerFlex40, dentro del diagrama se tienen cuatro consideraciones que deben ser tomadas en cuanta para el correcto funcionamiento del equipo, las cuales a continuación se describen.

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Figura 3. 14 Diagrama de conexión de las terminales del variador PowerFlex40

(1) la terminal de E/S 01 siempre es una entrada de paro por inercia excepto cuando P036 [Start Source] se establece para control de “Tres Hilos” o “Av/Ret.Impul”. En el control de tres hilos, la terminal de E/S 01 está controlada por P037 [Stop Mode]. Todas las demás fuentes de paro están controladas por P037 [Stop Mode]. El variador cuenta con un puente instalado de fábrica entre los terminales de E/S 01 y 11. Se debe retirar este puente cuando se use la terminal de E/S 01 como entrada de paro o de habilitación. (2) Se muestra el control de dos hilos. Para el control de tres hilos, se utiliza una entrada momentánea en el terminal E/S 02 para ordenar un arranque. Se debe usar una entrada con mantenimiento para la terminal de E/S 03 para cambiar de dirección.

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(3) Cuando se usa una salida de optoacoplador con una carga inductiva como relé, se tiene que instalar un diodo de recuperación paralelo al relé como se muestra, para evitar dañar la salida. (4) Cuando se extrae el puente ENBL, la terminal de E/S 01 siempre actuará como habilitación de hardware, causando un paro por inercia sin interpretación del software. La Tabla 3.14 describe los contactos de las terminales a relé, así como el parámetro con el que pueden ser modificados.

Tabla 3. 14 Designación de terminales de salida a relé del variador PowerFlex40

Terminal Señal Opción

predeterminada de fabrica

Descripción Parámetro

R1 Relé N. A. Fault Contacto normalmente abierto para el relé de salida

A055

R2 Común de relé - Común del relé de salida

R3 Relé N.C. Fault Contacto normalmente cerrado del relé de salida.

A055

En la Tabla 3.15 se señalan las características de conexión para drenador o surtidor en la salida analógica de 0 a 10 VCD.

Tabla 3. 15 Designación de salida analógica de 0-10V y SRC/SNK Microinterruptor de selección de salida analógica

0–10 V Establece la salida analógica en voltaje o corriente. Los ajustes deben corresponder con A065 [Analog Out Sel]

Microinterruptor de drenador/surtidor

Surtidor (SRC)

Las entradas se pueden cablear como drenador (SNK) o surtidor (SRC) mediante ajustes de los microinterruptores.

En la Tabla 3.16 se enumeran y describen las terminales de conexión de la Figura 3.17.

Tabla 3. 16 Designación de terminales de control del variador PowerFlex40

01 Paro Coast

Es necesario que esté presente el puente instalado en fábrica o una entrada normalmente cerrada para que arranque el variador.

P036

02 Arranque/Marcha AVANCE

Not Active El comando proviene del teclado integrado de manera predeterminada. Para inhabilitar la operación inversa,

P036, P037

03 Dir/marcha REV

Not Active P036, P037, A095

04 Común digital

- Para entradas digitales. Electrónicamente aisladas con entradas digitales de E/S analógicas y salidas ópticas.

05 Entrada digital 1

Preset Freq Se programa con A051 [Digital In1 Sel]. A051

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06 Entrada digital 2

Preset Freq Se programa con A052 [Digital In2 Sel]. A052

07 Entrada digital 3

Local Se programa con A053 [Digital In3 Sel]. A053

08 Entrada digital 4

Jog Forward Se programa con A054 [Digital In4 Sel]. A054

09 Común opto.

– Para las salidas con acoplamientos ópticos. Electrónicamente aisladas con salidas ópticas de E/S analógicas y entradas digitales.

11 +24 VCC .

–

Referenciada al común de las señales digitales. Potencia suministrada por el variador para las entradas digitales. La corriente máxima de salida es de 100 mA

12 +10 VCC –

Referenciada al común de las señales analógicas. Alimentación eléctrica suministrada por el variador para el potenciómetro externo de 0–10 V. La corriente máxima de salida es de 15 mA.

P038

13 Ent. ±10 V(

Not Active

Para la alimentación de entrada externa de 0–10 V (unipolar) o ±10 V (bipolar) (impedancia de entrada = 100 kΩ) o deslizador de potenciómetro.

P038, A051-A054, A123, A132

14 Común analógico

–

Para ent. de 0–10 V o de 4–20 mA. Electrónicamente aisladas con entradas y salidas analógicas de E/S digitales y salidas ópticas.

15 Ent 4–20 mA

Not Active Para alimentación externa de entrada de 4–20 mA (impedancia de entrada = 250 ohms).

P038, A051-A054, A132

16 Salida analógica

OutFreq 0–10

La salida analógica predeterminada es de 0–10 V. Para convertir a un valor de corriente, cambie el microinterruptor “Selección de salida analógica” a 0–20 mA. Se programa con A065 [Analog Out Sel]. El valor analógico máximo se puede escalar con A066 [Analog Out High]. Carga máxima: 4–20 mA = 525 ohms (10.5 V) 0–10 V = 1 k ohm (10 mA)

A065, A066

17 Salida Óptica 1

Motor Running

Se programa con A058 [Opto Out1 Sel]. A058, A059, A064

63

18 Salida Óptica 2

At Frequency Se programa con A061 [Opto Out1 Sel]. A061, A062, A064

19

Blindaje RS485 (DSI)

– Cuando se use el puerto de comunicaciones RS485 (DSI) deberá conectarse el terminal a la tierra de seguridad (PE).

La terminal 13, Ent 0–10V y la terminal 15 Ent 4–20mA son canales de entrada diferentes y se pueden conectar simultáneamente. Se pueden usar las entradas independientemente para controlar la velocidad o en conjunto al funcionar en modo PID. 3.1.5 BOTONERA DE MANDO PARA EL VARIADOR En la Figura 3.15 se muestra la botonera de mando para el variador, la cual está constituida por un botón de paro, y cinco selectores de dos posiciones con retención con lo cual se puede poner en marcha y detener el motor, invertir el sentido de giro y hacer selecciones de velocidad preestablecida. En la Tabla 3.17 se describe la función que realiza cada elemento de la botonera.

Figura 3. 15 Botonera de mando para el variador PowerFlex40

Tabla 3. 17 Componentes de la botonera de mando del variador PowerFlex40 Botón/Selector Función BP-2 Botón de paro

64

SEL-A Selector de arranque SEL-I Selector de inversión de giro SEL-C1 Selector para velocidad preestablecida 1 SEL-C2 Selector para velocidad preestablecida 2 SEL-C3 Selector para velocidad preestablecida 3

3.1.6 MÓDULO POINT I/O [7] La Figura 3.16 muestra el módulo POINT I/O, el cual está constituido por una base modelo 1734-AENT, con conector RJ45, para establecer comunicación vía Ethernet con el PAC y el variador de frecuencia. También se tiene un módulo de entradas digitales 1734-IB4, un módulo de salidas digitales 1734-OB4 y un módulo de salidas analógicas de 0 a 10V y 10V, modelo1734-OE2V. Este último módulo tiene la función de hacer de entrada analógica de 0 a 10V en el variador de frecuencia sustituyendo al potenciómetro (que usualmente se usa) y poder variar la velocidad del motor vía Ethernet.

Figura 3. 16 Módulo POINT I/O

Características generales

Entre uno y ocho puntos de E/S por módulo Hasta ocho módulos por ensamblaje para un máximo de 128 E/S

La Tabla 3.18 y 3.19 se describen las características técnicas de los módulos de entrada y salida digital, así como también el módulo de salidas analógicas.

Tabla 3. 18 Módulos de entradas y salidas digitales

Descripción Ent. Sal. Categoría de Voltaje

Base de cableado

Corriente de POINTBus a 5 VCD

65

Módulo de entradas digitales 1734-IB4

4 - 12/24VCC 1734-TB/TBS 75 mA

Módulo de salidas digitales 1734-OB4

- 4

Tabla 3. 19 Módulo de salidas analógicas

Descripción Salidas Rango Resolución Corriente de POINTBus a

5 VCD Módulo de salidas analógicas 1734-OE2V

2 unipolares 0…10V ±10V

14 bits (13 mas el signo) 1.28 mV/cnt en modo unipolar

75 mA

3.1.7 RELÉ DE CONTROL MCR En la Figura 3.17 se muestra el relé de control MCR con base de once pines, el cual tiene la función de controlar los módulos de entradas y salidas del PAC CompactLogix, en la Tabla 3.20 se nombran sus características técnicas. Los contactos que maneja este dispositivo de control son suficientes para la función que va a cumplir en el tablero de control.

Figura 3. 17 Relé de control MCR

Tabla 3. 20 Características del relé de control MCR

Voltaje de la bobina Corriente en contactos a

250VCA Numero de contactos

127VCA 10A 3 contactos conmutados 3.1.8 FUENTE DE ALIMENTACIÓN 1606-XLE

66

En la Figura 3.18 se muestra la fuente de alimentación eléctrica de modo conmutado 1606-XLE la cual tiene un diseño simple y cuyo modelo ultra delgado de alto rendimiento la hace muy versátil. La corriente que maneja a la salida la hace ideal para alimentar los módulos de entrada y salida del PAC y del POINT I/O, los cuales no demandan mucha corriente.

Figura 3. 18 Fuente de alimentación 1606-XLE

En la Tabla 3.21 se muestran las características técnicas de entrada y salida para lafuente1606-XLE.

Tabla 3. 21 Características de la fuente de alimentación 1606-XLE

Referencia Voltaje de

alimentación Voltaje de salida Potencia de salida

Corriente de salida

1606-XLE120EN 90…132VCA 24…28VCD 120W 5A 3.1.9 CONTACTOR AUXILIAR K1 El contactor auxiliar (Figura 3.19) cumple con la función de interrumpir el paso de la corriente eléctrica al abrir o cerrar contactos. Los contactos que maneja este tipo de equipo pueden ser cerrados, abiertos o alguna combinación de estos. Por la función que cumple (alimentar al variador de frecuencia), este equipo es el adecuado, ya que sus contactos soportan 10A, más que suficiente para el motor. La Tabla 3.22 muestra las características del contactor usado.

Figura 3. 19 Contactor auxiliar K1

Tabla 3. 22 Características del contactor auxiliar K1

67

Referencia Voltaje de la bobina Corriente máxima en

contactos Numero de contactos

3TH40-22 24VCD 10A 2 NA - 2 NC 3.1.10 INTERRUPTOR TERMOMAGNETICO DE 2 POLOS IT2 Los interruptores termomagnéticos en general tienen la función de proteger el circuito y el o los equipos en donde se conectan, esto se realiza al abrir sus contactos cuando se sobrepasa la corriente nominal para la que están diseñados. Este interruptor tiene la función de proteger al variador de frecuencia, como se puede ver en la Tabla 3.22, los platinos del contactor auxiliar soportan una corriente máxima de 10A por lo que el termomagnético se activa al sobrepasar esta corriente. Las Figuras 3.20 y 3.21 muestran interruptores termomagnéticos de dos polos y un polo respectivamente, en las Tablas 3.23 y 3.24 se muestran sus características técnicas.

Figura 3. 20 Interruptor termomagnético de 2 polos IT2

Tabla 3. 23 Características del interruptor termomagnético IT2

Referencia Corriente nominal Polos Capacidad interruptiva

IEC 60947-2 230VCA 400VCA

064 66 curva C 10A 2 25kA 10kA 3.1.11 INTERRUPTOR TERMOMAGNETICO DE UN POLO IT3 E IT4 Estos interruptores protegen al PAC y a la fuente de alimentación; para el caso del PAC las cargas que se tienen conectadas (lámparas y la corriente que consume el mismo PAC) no varían a menos que se le conecten más, los 6A de la pastilla quedan a reserva para una posible expansión. En lo que respecta a la fuente de alimentación, como se puede ver en la tabla 3.21 la corriente máxima de salida es de 5A, por lo que se ajusta la protección a 6A debido a los valores comerciales de los termomagnéticos.

68

Figura 3. 21 Interruptor termomagnético de 1 polo IT3 e IT4

Tabla 3. 24 Características del interruptor termomagnético IT3 e IT4

Referencia Corriente nominal Polos Capacidad interruptiva

IEC 60898 230VCA 400VCA

S201-C6 Curva C 6A 1 6kA 3.1.12 GUARDAMOTOR DE PROTECCIÓN GENERAL IT1 El guardamotor o disyuntor (Figura 3.22) tiene la función de proteger todo el tablero de control incluyendo al motor de altas corrientes eléctricas debido a sobrecargas o cortocircuitos, la diferencia más notable con un interruptor termomagnético es que el guardamotor puede ser ajustado a la corriente nominal que se desee (dentro del rango de ajuste que tiene el equipo). En específico este equipo tiene un rango de ajuste de 10 a 16A, el cual es adecuado para proteger a todo el tablero en caso de sobrecarga o cortocircuito.

Figura 3. 22 Guardamotor IT1

En la Tabla 3.25 se muestran las características técnicas y valores nominales de funcionamiento.

69

Tabla 3. 25 Características del guardamotor IT1 Referencia 3VU1300-1MM00

Normatividad VDE 0660 IEC947-2 IEC 947-4-1

Rango de regulación de corriente 10-16A Polos 3 Voltaje 115V/230V/460V/575V Curva D o K

3.1.13 SWITCH PARA COMUNICACIÓN ETHERNET [1] El switch (Figura 3.23) proporciona una fácil manera de aumentar la conexión a la red Ethernet con los 8 puertos con conexión RJ45. Cinco de los ocho puertos se usan en la comunicación del equipo (PAC, PC, Variador de frecuencia, POINT I/O y HMI), los 3 puertos restantes quedan como reserva.

Figura 3. 23 SWITCH ST3108S

En la Tabla 3.26 se muestran las características técnicas del switch.

Tabla 3. 26 Características técnicas del switch ST3108S

Interfaz 8 puertos RJ45 10/100M Auto-Negociación Auto MDI/MDIX

LED Led de indicación para cada puerto Fuente de alimentación VCD 5V/800mA (Salida)

Estándar IEEE 802.3 10Base-T IEEE 802.3u 100Base-TX IEEE 802.3x Flow Control

Método de acceso CSMA/CD Método de transferencia Almacena y Adelante

Velocidad de transferencia de datos 10/100Mbps(Half-duplex) 20/200Mbps(Full-duplex)

3.1.14 CLEMAS En general las clemas son elementos de interconexión dentro de un circuito eléctrico, ya que facilitan su distribución.

70

La selección de clemas no es crucial en el funcionamiento del equipo ya que su función solo es distribución e interconexión, en el caso de las clemas porta fusible, el único punto a considerar es el valor del fusible que se les coloque, pero en general son valores de corriente pequeño. Dentro de las clemas usadas en este proyecto se pueden clasificar en:

Clemas de control Se nombran de esta manera ya que por ellas no circula una corriente alta, su función es alimentar dispositivos de indicación luminosa, conducir señales de control de CD, alimentar bobinas. etc. Dentro de esta clasificación se encuentran las siguientes clemas

Clemas de control para DC COM 1, DC COM 2, VCA-VCD 1 y VCA-VCD 2 (Figura 3.25) Clemas de control para CL1…CL36 (Figura 3.26) Clemas de dos pisos con conexión a tierra para CLV-1…CLV-9 (Figura 3.28)

Clemas de Potencia

Las clemas de potencia tienen la principal característica que son más robustas y por lo tanto la corriente que conducen es mucho mayor que las clemas de control.

Clemas de alimentación para L1’, L2’, L3’, CL(+) y CL(-) (Figura 3.24) Clemas de alimentación para T1’, T2’ y T3’ (Figura 3.27)

Clemas de protección

Este tipo de clemas tienen la función de proteger una sección del circuito contra cortocircuitos y contra corrientes altas por sobrecarga.

Clemas porta fusible para CL-28…CL-36 (Figura 3.29) Clemas de alimentación para L1’, L2’, L3’, CL(+) y CL(-).

Figura 3. 24 Clemas para L1’, L2’, L3’, CL(+) y CL(-)

En la Tabla 3.27 se indican las características técnicas de las clemas usadas para la conexión de L1’, L2’, L3’, CL(+) y CL(-).

Tabla 3. 27 Características de las clemas para L1’, L2’, L3’, CL(+) y CL(-)

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Referencia Tensión máxima soportada Corriente máxima

soportada Calibres de cable Etiqueta

SAK 6/35 800VCA 41A AWG 22-8 L1’-L2’-L3’ CL(+)-CL(-)

Clemas de control para DC COM 1, DC COM 2, VCA-VCD 1 y VCA-VCD 2.

Figura 3. 25 Clemas de alimentación para DC COM 1, DC COM 2, VCA-VCD 1 y VCA-VCD 2

En la Tabla 3.28 se indican las características técnicas de las clemas usadas para la conexión de DC COM 1, DC COM 2, VCA-VCD 1 y VCA-VCD 2.

Tabla 3. 28 Características de las clemas para DC COM 1, DC COM 2, VCA-VCD 1 y VCA-VCD 2 Referencia Tensión máxima Corriente máxima Calibres de cable Etiqueta

WDU 2.5 690VCA 21A AWG 30-12 DC COM 1 - DC COM 2 VCA-VCD 1 - VCA-VCD 2

Clemas de control para CL1…CL36.

Figura 3. 26 Clemas de control para CL1…CL36

En la Tabla 3.29 se indican las características técnicas de las clemas usadas para la conexión de CL1…CL36.

Tabla 3. 29 Clemas de control para CL1…CL36 Referencia Tensión máxima Corriente máxima Calibres de cable Etiqueta ST5 600VCA 35A AWG 20-10 CL1…CL36

Clemas de alimentación para T1’, T2’ y T3’.

72

Figura 3. 27 Clemas de alimentación para T1’, T2’ y T3’

En la Tabla 3.30 se indican las características técnicas de las clemas usadas para la conexión de T1’, T2’ y T3’.

Tabla 3. 30 Características de las clemas de alimentación para T1’, T2’ y T3’ Referencia Tensión máxima Corriente máxima Calibres de cable Etiqueta ST5P 750VCA 45A AWG 22-10 T1’-T2’-T3’

Clemas de dos pisos con conexión a tierra para CLV-1…CLV-9.

Figura 3. 28 Clemas de dos pisos con conexión a tierra para CLV-1…CLV-9

En la Tabla 3.31 se indican las características técnicas de las clemas usadas para la conexión de las clemas de dos pisos con conexión a tierra.

Tabla 3. 31 Características de las clemas de dos pisos con conexión a tierra Referencia Tensión máxima Corriente máxima Calibres de cable Etiqueta WAGO280 500VCA 20A AWG 26-14 CLV-1…CLV-9

Clemas portafusible para CL-28…CL-36.

Figura 3. 29 Clemas portafusible para CL-28…CL-36

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En la Tabla 3.32 se indican las características técnicas de las clemas usadas para la conexión de las clemas porta fusible para CL-28…CL-36.

Tabla 3. 32 Características de las clemas porta fusible para CL-28…CL-36 Referencia Tensión máxima Corriente máxima Calibres de cable Etiqueta WSI4 500 6.3A CL-28…CL-36

3.2 DIAGRAMAS ELÉCTRICOS Con ayuda de los diagramas eléctricos, se representa de manera gráfica la forma de conexión del equipo antes mencionado, de esta forma se alambrará de una manera más sencilla el tablero de control. 3.2.1 ALIMENTACIÓN PRINCIPAL Esta sección (Figura 3.30) está conformada por un guardamotor IT1 ajustable de 10 a 16A el cual es alimentado con 220VCA por L1, L2, N y PE a la salida se conecta a un bloque de clemas (L1’, L2’, N’ y PE) para su posterior distribución.

a) FUNCIÓN

Proteger a todo el equipo eléctrico en caso de un cortocircuito Interrumpe el paso de corriente eléctrica por medio de IT1 en caso de mantenimiento Las clemas distribuyen la tensión eléctrica al resto del equipo

Figura 3. 30 Circuito de alimentación eléctrica general

3.2.2 ALIMENTACIÓN PARA EL VARIADOR POWERFLEX40 Del bloque de clemas de alimentación secundaria L1’ y L2’ se conecta a la entrada del interruptor termomagnético IT2 de 10A, su salida alimenta un lado del contactor K1 para posteriormente llegar a las terminales de entrada L1/R y L2/S del variador PowerFlex40. De las terminales de salida T1, T2 y T3 se conecta hacia un bloque de 3 clemas (T1’, T2’ y T3’) para alimentar el motor trifásico asíncrono (Figura 3.31).

74

a) FUNCIÓN Proteger al variador PowerFlex40 por medio de la pastilla termomagnética IT2. El contactor auxiliar K1 controla la activación del variador PowerFlex40. Las clemas a la salida del variador ayudan a realizar de manera más sencilla la alimentación del motor trifásico.

Figura 3. 31 Circuito de alimentación eléctrica para el variador PowerFlex40

3.2.3 ALIMENTACIÓN PARA LA FUENTE 1606-XLE La fuente 1606-XLE es alimentada a 127VCA y protegida por un interruptor termomagnético de 6A. La terminal de salida +24V es protegida con una clema porta fusible y enviada hacia un bloque de clemas llamado CL(+), la salida COM(-) es enviada directamente hacia otro bloque de clemas llamado CL(-). De una de las clemas CL(+) es enviada hacia un contacto normalmente abierto del relé MCR y la clema CL(-) se manda hacia CL-9, la cual corresponde a la terminal DC-COM1 del módulo de entradas digitales 1769-IQ16 (Figura 3.32).

a) FUNCIÓN IT3 protege a la fuente en caso de cortocircuito o sobrecarga. La clema CF protege la salida de +24VCD en caso de un consumo excesivo de corriente. El bloque de clemas CL(+) y CL(-) distribuyen la alimentación de 24VCD al equipo. Alimenta al primer bloque de entradas del módulo 1769-IQ16 por la terminal DC COM1 ó CL-9 siempre y cuando el relé MCR esté activado. Alimenta al primer bloque de salidas del módulo1769-OW16 por la terminal VCA/VCD 1 ó CL-19 siempre y cuando el relé MCR esté activado. Alimenta la lámpara de señalización H1 siempre que MCR esté activado.

75

Alimenta al selector SEL-1 el cual no depende el funcionamiento del relé MCR.

Figura 3. 32 Circuito de alimentación eléctrica para la fuente 1606-XLE

3.2.4 ALIMENTACIÓN PARA EL PAC COMPACTLOGIX La alimentación hacia el CompactLogix se realiza a través de L1’ y N’, posteriormente se manda L1’ a la entrada del interruptor termomagnético IT4, la salida del interruptor es enviada a la terminal 120/240VCA(L1) y la clema N’ es enviada a la terminal VCA COM (L2) del módulo 1769-PA2 del CompactLogix (Figura 3.33).

a) FUNCIÓN Alimentar y proteger al PAC por medio del interruptor IT4.

Figura 3. 33 Circuito de alimentación eléctrica para el PAC CompactLogix

76

3.2.5 CONEXIÓN DEL MÓDULO 1769-IQ16 Como se muestra en la Figura 3.34, todas las terminales del módulo están cableadas directamente hacia clemas de control, en las cuales se conectan los dispositivos de entrada. En las entradas del primer bloque (IN 0… IN 7), la terminal DC COM 1 (CL-9) es alimentada por CL(-). Se tienen 3 pulsadores, los cuales están conectados en las clemas CL-1, CL-2 y CL-3, el común de los 3 botones es enviado hacia un contacto del relé MCR.

a) FUNCIÓN Recibe las señales de entrada de los botones B1, B2 y B3 El módulo tendrá alimentación eléctrica siempre y cuando la fuente 1606-XLE y el relé MCR se encuentren activados.

Figura 3. 34 Circuito de alimentación eléctrica para el módulo 1769-IQ16

3.2.6 CIRCUITO DE MANDO PARA EL RELÉ MCR Básicamente el circuito (Figura 3.35) es un arranque y paro sencillo, donde el botón BP1, BA y la bobina del relé MCR se conectan en serie, el borne libre de BP1 se manda hacia L1’ y del borne libre de MCR se

77

manda a N’, por último un contacto N.A. del MCR (exclusivo para este circuito) se conecta en paralelo a los bornes de BA.

a) FUNCIÓN El circuito controla el funcionamiento del relé MCR, el cual a su vez controla la alimentación de 24VCD hacia los módulos 1769-IQ16 y 1769-OW16. También controla el funcionamiento de la lámpara de señalización H1 la cual indica que el relé MCR se encuentra activado.

Figura 3. 35 Circuito de control del relé MCR

3.2.7 CONEXIÓN DEL MÓDULO 1769-OW16 [10] Al igual que el módulo de entradas 1769-IQ16, en el 1769-OW16 (Figura 3.36) también se conectan todas las terminales hacia clemas, solo que en este caso son cargas las que se conectan a estas y las clemas del segundo bloque están protegidas con fusible. En el primer bloque (OUT 0… OUT 7), la terminal VCA/VCD 1 (CL-19) es alimentada por el borne libre del relé MCR que viene de CL(+). En las salidas OUT 0, OUT 1 y OUT 2 (CL-20, CL-21 y CL-22)se conectan uno de los bornes de tres lámparas, los otros bornes se conectan en paralelo y el común se manda a la clema CL(-). En la clema CL-23 se conecta terminal de un contacto N.A. que corresponde al selector SEL 1. En el segundo bloque, CL-28 se envía a un contacto de SEL 2. Las clemas CL-29 a CL-34 se envían a las clemas CLV-1 a CLV-7.

a) FUNCIÓN El módulo se encarga de activar las salidas y energizar las cargas H2, H3 y H4, las cuales son lámparas señalizadoras. En el circuito se tienen conectados dos selectores de 3 posiciones llamados SEL-1 y SEL-2. SEL-1 es el encargado de seleccionar el tipo de control para accionar la fuente 1606-XLE, si este selector se gira hacia la izquierda, la fuente de alimentación se activa inmediatamente; en el segundo caso, si se gira hacia la derecha, el control se realiza mediante programación en el programa RSLogix5000, es decir, se tiene que habilitar la salida OUT 3 para activar la fuente.

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SEL-2 es el que controla el tipo de accionamiento para el variador PowerFlex40 es decir, desde la botonera de mando o desde las salidas del PAC (programación con RSLogix5000). El segundo bloque de salidas (CL-29…CL-34) tiene la función de controlar el variador de frecuencia PowerFlex tal como lo haría la botonera de mando para este. La diferencia consiste que este control se efectúa por medio de programación en el RSLogix5000.

Figura 3. 36 Circuito de alimentación eléctrica para el módulo 1769-OW16

3.2.8 CONEXIÓN DEL VARIADOR POWERFLEX40 De la misma forma que los módulos de entrada y salida, las terminales del variador se envían hacia un bloque de clemas de dos pisos con tierra (Figura 3.37). En la clema CLV-1 está conectado un contacto N.C., en CLV-2, CLV-3, CLV-5, CLV-6 y CLV-7 se tienen conectados 5 contactos N.A., todos ellos se encuentran conectados en paralelo, el punto común es enviado hacia uno de dos contactos N.A. de SEL 2, el otro contacto de SEL 2 es enviado hacia CL-28. Los 2 bornes libres se conectan en paralelo y se envían a CLV-11 (Ver Figura 3.32). CLV-13 es enviada hacia la salida analógica OUT 0 del módulo1734-OE2V, CLV-14 es enviada la salida analógica OUT 1 del mismo módulo que la anterior.

79

a) FUNCIÓN Básicamente es el circuito de control para el variador, donde BP2 es el botón de paro, SEL-A es el selector de arranque, SEL-I es el selector de inversión de giro, SEL-C1, SEL-C2 y SEL-C3 son los selectores de velocidad preestablecida. Paralelamente a estos, se tienen salidas del módulo 1769-OW16 para hacer el mismo control, solo hay que girar hacia la derecha el selector SEL-2 para habilitar el control por medio de las salidas del PAC y si se gira hacia la izquierda se habilita la botonera de mando del variador. En las terminales de entrada 13 y 14 (común analógico y entrada de 0-10V) se tiene conectada la salida analógica de la tarjeta 1734-OE2V para suplir la función de un potenciómetro externo encargado de variar la velocidad. En paralelo a esta salida analógica está conectado un voltímetro para poder visualizar el voltaje de salida.

Figura 3. 37 Circuito de control eléctrico para el variador PoweFlex40 [5]

Detalle de clemas de dos pisos con conexión a tierra

80

La Figura 3.38 muestra la forma en que está constituida la clema de dos pisos con conexión a tierra, los bornes centrales corresponden al primer piso, relacionando la figura con el bloque de clemas (CLV-1…CLV-9 y CLV-11…CLV-19) que se encuentra a la derecha de la botonera de mando del módulo POINT I/O y empezando de izquierda a derecha, la primer clema corresponde a la terminal 01 del variador de frecuencia PowerFlex40, la siguiente corresponde a la terminal 02, así sucesivamente hasta la terminal 09. Como se ve en la Figura 3.37, no existe terminal 10 es entonces que la terminal 11 es la primer clema (contando de izquierda a derecha) pero del segundo piso, la terminal 12 corresponde a la segunda clema y así sucesivamente hasta la terminal 19/clema 19.

Figura 3. 38 Disposición de terminales del variador en el bloque clemas de dos pisos con conexión a

tierra 3.2.9 CONEXIÓN PARA SEL 1 Como se ve en la Figura 3.39, de un extremo de los dos contactos se manda hacia la clema CL(+), el otro contacto se manda hacia CL-23 y los bornes restantes de cada contacto se conectan en paralelo y se conectan con una terminal de la bobina de K1, la otra terminal se envía hacia la clema CL(-).

a) FUNCIÓN Como se ha mencionado anteriormente el selector SEL-1 es el encargado de controlar el contactor auxiliar K1 y este a su vez condiciona el funcionamiento del variador de frecuencia PowerFlex. Si el selector se encuentra en la posición izquierda el contactor se activa y por ende el variador también, sin embargo si el selector se gira hacia la derecha se tiene que cumplir una condición para que el variador reciba alimentación eléctrica: la salida OUT 3 del módulo 1769-OW16 debe estar activada.

81

Figura 3. 39 Circuito de conexión para el selector SEL-1

Hasta el momento se han venido manejando los contactos de los selectores SEL-1 y SEL-2 como contactos de un interruptor de dos polos un tiro (Figura 3.40 [b]), pero físicamente son dos contactos independientes (Figura 3.40 [a]) solo que se han puenteado en uno de sus extremos. Es por esto que se hace una aclaración para evitar algún malentendido.

[a] [b]

Figura 3. 40 Detalle de conexión para contactos de los selectores SEL 1 y SEL 2 3.2.10 CONEXIÓN DE LA LÁMPARA H1 La conexión de la lámpara H1 se realiza conectando un borne en el contacto de MCR opuesto a la clema CL(+) y el otro borne en la clema CL(-) tal como se muestra en la Figura 3.41.

a) FUNCIÓN La función de la lámpara H1 es indicar que los módulos 1769-IQ16 y 1769-OW16 están habilitados.

Figura 3. 41 Circuito de conexión para la lámpara H1

3.2.11 CONEXIÓN DEL MÓDULO POINT I/O En el módulo POINT I/O (Figura 3.42) se tienen 3 tarjetas y aun adaptador de comunicación Ethernet (1734-AENT):

Entradas digitales (1734-IB4); 4 entradas (0, 1, 2 y 3) Salidas digitales (1734-OB4); 4 salidas (0, 1, 2 y 3) Salidas analógicas (1734-OE2V); 2 canales (0 y 1) con protección a tierra

82

Cada una de las tarjetas cuenta con bornes de alimentación a 24VCD, internamente los bornes de alimentación positiva están puenteados, así también para los bornes de alimentación negativa. Por lo que para fines de cableado basta con alimentar cualquiera de los bornes respetando su polaridad.

Figura 3. 42Disposición física de las tarjetas en el módulo POINT I/O

a) CONEXIÓN DE LA TARJETA 1734-IB4 [11]

En la tarjeta se tiene un botón en las entrada IN 0 y en la IN 1 respectivamente (Figura 3.43), el borne restante de cada botón se conecta en paralelo y se envía a la terminal V(+24VCD). Ya sea en esta tarjeta o en cualquiera de las otras dos, la alimentación se conecta del contacto de MCR opuesto a la clema CF, en la terminal COM (-) se conecta con CL(-).

Figura 3. 43 Diagrama de conexión para la tarjeta de entradas 1734-IB4

b) CONEXIÓN DE LA TARJETA 1734-OB4 [11]

Como se ve en la Figura 3.44, se tienen dos lámparas conectadas en OUT 0 y OUT 1 respectivamente, los bornes libres de las lámparas se conectan en paralelo y se envía hacia la terminal V(-24VCD).

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Figura 3. 44 Diagrama de conexión para la tarjeta de salidas 1734-OB4

c) CONEXIÓN DE LA TARJETA 1734-OE2V [11]

En esta tarjeta se manda la señal analógica de OUT 0 hacia CLV-13 y COM (-) alimenta la terminal CLV-14. También se tiene conectado un voltímetro digital en paralelo a estas terminales, y ya que la alimentación para el voltímetro es de 5VCD y el voltaje que se maneja en el tablero es de 24VCD se usa el regulador de voltaje a 5VCD, el 7805. En la Figura 3.45 se muestra la conexión del módulo y del regulador.

Figura 3. 45 Diagrama de conexión para la tarjeta de salidas analógicas 1734-OE2V

3.2.12 DIAGRAMA DE RED ETHERNET El la Figura 3.46 se muestra una topología tipo estrella para la conexión Ethernet, en el centro se encuentra el switch y de forma ramificada se encuentran los diferentes dispositivos como lo son: el PAC CompactLogix, el módulo POINT I/O, la PC, la HMI y el variador de frecuencia PowerFlex40. Al tener el equipo conectado de esta forma se tienen las siguientes ventajas:

Compatibilidad entre productos con velocidades de 10 100 Mbps Fácil cableado, depuración y detección de fallos Mantenimiento más sencillo

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Figura 3. 46 Conexión de red Ethernet

3.2.13 PLANO GENERAL DE CONEXIÓN ELÉCTRICA La Figura 3.47 muestra de forma general la alimentación principal de los diferentes dispositivos como el variador PowerFlex40, la fuente de alimentación 1606-XLE, el PAC CompactLogix L32E y el circuito de arranque para el relé MCR en donde. La alimentación principal es de 220 VCA a dos hilos con neutro y tierra física, además esta sección cuenta con una protección general regulable de 10 a 16A. La fuente de alimentación se conecta a 127 VCA con protección a tierra, el interruptor termomagnético de un polo (IT3) a 6A protege a la fuente. En la salida a 24 VCD la clema porta fusible CF resguarda al polo positivo. El variador de frecuencia PowerFlex40 se alimenta a 220 VCA con protección a tierra, este equipo se protege con un interruptor termomagnético de dos polos (IT2) a 10A. A su vez este equipo es controlado por el contactor auxiliar K1. El relé MCR es manejado mediante un arranque-paro sencillo, cuya alimentación es de 127 VCA.

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Figura 3. 47 Plano general: sección de fuerza y arranque del relé MCR

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En la Figura 3.48 se puede observar el circuito de control para el mando y regulación de la velocidad de la banda transportadora en donde. La alimentación principal de esta sección se realiza a través de la salida de la fuente de alimentación a 24 VCD y es controlada por medio del arranque-paro del relé MCR. En el módulo de entradas digitales 1769-IQ16 se tienen tres botones pulsadores de prueba en conexión drenador en el primer bloque. En el módulo de salidas digitales 1769-OW16 se tienen tres lámparas de prueba en conexión surtidor en el primer bloque. En el segundo bloque se tienen seis salidas conectadas es paralelo con las terminales 01, 02, 03, 05, 06 y 07 del variador de frecuencia PowerFlex40. En este caso, la alimentación del bloque, no se realiza por medio de la fuente 1606-XLE, sino por la fuente interna del propio variador. En el variador de frecuencia se tienen seis selectores y un botón pulsador los cuales hacen la función de mando para este equipo. Como se puede observar, la alimentación de los módulos del POINT I/O no está condicionada por el relé MCR, sino que su funcionamiento es independiente. En el módulo de entradas digitales del POINT I/O se tienen dos botones pulsadores de prueba en conexión drenador. Mientras que en el módulo de salidas digitales se tienen dos lámparas de prueba, también en conexión drenador. Para el módulo de salidas analógicas se tiene conectado un multímetro digital para poder observar el voltaje de salida. La salida de este módulo cumple la función de entrada de voltaje de 0 a 10V para el variador de frecuencia, sustituyendo la función de un potenciómetro externo para regular la velocidad de la banda transportadora.

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Figura 3. 48 Plano general: sección de control

Con lo visto en este capítulo se tiene la información necesaria del equipo para poder realizar un arreglo de los componentes del tablero de control.

88

3.2.14 ARREGLO FÍSICO DEL TABLERO DE CONTROL ELÉCTRICO El arreglo físico que se muestra en la Figura 3.49 está diseñado para agrupar de una manera sencilla el equipo que lo integra. De forma general se compone de cinco niveles: en el primer nivel se encuentra el PAC CompactLogix con su respectiva botonera en donde se encuentra la botonería de prueba correspondiente a entradas y salidas; el segundo nivel corresponde al equipo relacionado con el variador de frecuencia, es decir, una botonera para visualizar el voltaje de entrada que llega al variador, un bloque de clemas y otra botonera para controlar el funcionamiento de la banda transportadora; en el tercer nivel se tiene el POINT I/O junto con el equipo de control y protección; en el cuarto nivel se tienen las clemas de control y fuerza, por último, en el quinto nivel se tiene el switch Ethernet.

Figura 3. 49 Arreglo físico del tablero de control eléctrico

A partir del arreglo físico del tablero de control eléctrico, en la Figura3.50 se enumeran las diferentes partes que lo constituyen.

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Figura 3. 50 Partes del tablero

90

A continuación se describe de forma general el equipo enumerado en la Figura 3.62

1. PAC CompactLogix 1769-L32E 2. Botonera de mando para el PAC 3. Botonera de mando para el módulo POINT I/O 4. Bloque de clemas de dos pisos con conexión a tierra (CLV-1 a CLV-9 y CLV-11 a CLV-19) 5. Variador de frecuencia PowerFlex40 6. Botonera de mando para el variador 7. Módulo POINT I/O 8. Relé de control MCR 9. Clema porta fusible CF 10. Bloque de clemas CL(+) 11. Bloque de clemas CL(-) 12. Fuente de alimentación 1606-XLE 13. Contactor K1 14. Interruptor termomagnético de 2 polos IT2 15. Interruptor termomagnético de 1 polo IT3 16. Interruptor termomagnético de 1 polo IT4 17. Clema de dos pisos con conexión a tierra 18. Bloque de clemas L1’ 19. Bloque de clemas L2’ 20. Bloque de clemas N’ 21. Guardamotor de protección general IT1 22. Bloque de clemas de entrada del módulo 1769-IQ16 (CL-1 a CL-8) 23. Terminal DC COM 1 del módulo 1769-IQ16 (CL-9) 24. Bloque de clemas de entrada del módulo 1769-IQ16 (CL-10 a CL-17) 25. Terminal DC COM 2 del módulo 1769-IQ16 (CL-18) 26. Terminal VCA/VCD 1 del módulo 1769-OW16 (CL-19) 27. Bloque de clemas de salida del módulo 1769-OW16 (CL-20 a CL-27) 28. Terminal VCA/VCD 2 del módulo 1769-OW16 (CL-28) 29. Bloque de clemas de salida del módulo 1769-OW16 (CL-29 a CL-36) 30. Clema de alimentación al motor T1’ 31. Clema de alimentación al motor T2’ 32. Clema de alimentación al motor T3’ 33. Switch para comunicación Ethernet

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3.3 BANDA TRANSPORTADORA Para complementar el tablero de control y poder observar la regulación de la velocidad con el variador PowerFlex40, se rehabilitó una banda transportadora. La cual fue tomada como un complemento en el proyecto de simulación de un proceso, haciendo la automatización con el tablero para hacer énfasis en cómo se opera en la industria (Figura 3.51).

Figura 3. 51 Banda transportadora

La banda trasportadora está conformada por componentes mecánicos, como lo muestran las Figuras 3.52 y 3.53.

Figura 3. 52 Partes de la banda transportadora

Figura 3. 53 Estructura de la banda transportadora

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3.3.1 REHABILITACIÓN DE LA BANDA TRANSPORTADORA Se rehabilitó la banda transportadora que se encontraba en malas condiciones en los Laboratorios Pesados 1 de ESIME Zacatenco (Figura 3.54).

Figura 3. 54 Banda transportadora en malas condiciones

Al hacer una prueba manual de funcionamiento se encontró lo siguiente (Tabla 3.33).

Tabla 3. 33 Desperfectos de la banda transportadora Desperfecto Consecuencia

Los barrenos de sujeción de de los rodillos no coincidían entre si, Figura 3.55 [a]

Los rodillos se atoraban, por lo que la cadena no giraba

Mala fabricación de los tambores El movimiento de la cadena no era uniforme, presentaba saltos

Cadena metálica oxidada Algunos eslabones de la cadena estaban rígidos en las uniones por lo que no giraba de manera libre

Eslabones de la cadena doblados, Figura 3.55 [b]

Algunos eslabones tenían filo en las orillas, lo que presentaba un riesgo para su manipulación

Estructura deteriorada, con perforaciones innecesarias

Pésima presentación de la banda

No hay base de montaje para la banda No se puede usar la banda sin base de montaje

[a] [b]

Figura 3. 55 Desperfectos de la banda transportadora

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Para corregir estos desperfectos, se tomaron las siguientes medidas:

Se cambió totalmente la estructura de la banda para poder ajustar el sistema mecánico y evitar que la cadena se atore, adicionalmente se cortó una lamina de nylamid para colocarla entre la cadena y la estructura para disminuir la fricción y el desgaste entre ellos, Figura 3.56.

Figura 3. 56 Nueva estructura de la banda transportadora

Se desarmó la cadena quitando los pernos que unían los eslabones y corregir los doblados, además

que se quitó el oxido, se pulieron los eslabones y se lubricaron los pernos. Se maquinaron en un torno los tambores para hacerles un contorno lo mas circular posible y evitar

que la cadena de saltos al girar, también se le colocaron anillos a los extremos del tambor, los cuales sirven de guía de la cadena para que no se mueva entre el tambor, Figura 3.57.

Figura 3. 57 Reparación de tambores

También se maquinaron tres separadores, de los cuales, dos sirven para evitar la estructura

presione la cadena, y el tercero tiene la función de rodillo ajustable para tensar la cadena Figura 3.58.

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Figura 3. 58 Separadores

Se fabricaron cuadros de sujeción para montar las chumaceras y alinear los tambores, Figura 3.59.

Figura 3. 59 Cuadros de sujeción para las chumaceras

Una vez terminado el sistema mecánico de la banda, se montaron todos los componentes y se realizó una prueba manual de funcionamiento en donde se observó que el sistema mecánico giraba correctamente.

Figura 3. 60 Prueba manual de funcionamiento

Por último se fabricó la base de la banda transportadora, teniendo en cuenta que debe ser ligera, resistente y fácil de transportar Figura 3.60.

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Figura 3. 61 Base de la banda transportadora

Respecto al motor y al reductor (ver Anexo 2 y 3) se hizo una adaptación de nylamid, ya que los barrenos para montar el reductor al motor no coincidían Figura 3.62.

Figura 3. 62 Adaptación de nylamid para montar el reductor

Por último se montó la banda transportadora a la base y el motor con reductor a la banda poder hacer las pruebas finales de funcionamiento. La figura 3.63 muestra la banda transportadora totalmente rehabilitada.

Figura 3. 63 Banda trasportadora rehabilitada

Ya que se tiene de una forma concreta el funcionamiento que va a realizar cada uno de los componentes del proyecto y la forma en que estarán enlazados entre sí, se pasará a realizar el diseño del software o programación necesaria para que el equipo cumpla los requerimientos previamente establecidos.

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CAPÍTULO IV DISEÑO DEL SOFTWARE En este capítulo se aborda el tema sobre la configuración y el establecimiento de comunicación entre los diferentes equipos como son: PAC, PC, variador de frecuencia y módulo PONT I/O. También explica la forma de dar de alta tags y subrutinas en el software RSLogix5000, además se hace referencia sobre las formas de controlar la velocidad del motor de la banda transportadora.

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4.1 CONFIGURACIÓN Y COMUNICACIÓN DEL EQUIPO En este capítulo se toma como base el diagrama de comunicación Ethernet (Figura 3.58) para explicar de una manera sencilla la forma de configurar y comunicar el equipo entre sí.

4.1.1 PC En primer lugar se debe asignar la IP de la computadora en la cual se va a trabajar, en este caso, se realiza lo siguiente: Entrar a Conexiones de red (Figura 4.1).

Figura 4. 1 Conexiones de red

Si en el icono de “Conexión de área local” aparece una X de color rojo (Figura 4.2), indica que no está conectado el PAC con la PC o el cable está dañado.

Figura 4. 2 Icono, de conexión de área local no establecida

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Abrir Conexión de área local y entrar a Propiedades (Figura 4.3).

Figura 4. 3 Ventana de conexión de área local

A continuación se accede a las propiedades de la opción Protocolo Internet (TCP/IP), Figura 4.4.

Figura 4. 4 Configuración del protocolo Internet (TCP/IP)

Al entrar a Propiedades (Figura 4.5), se debe hacer lo siguiente:

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Figura 4. 5 Propiedades de Protocolo Internet (TCP/IP)

Seleccionar: Usar la siguiente dirección IP En la opción Dirección IP introducir: 192.168. 1.10 En Máscara de subred introducir: 255.255.255.0

La IP agregada puede variar por el usuario dependiendo del número de equipos en la red. Una vez hecho lo anterior se debe borrar el contenido de las opciones:

Puerta de enlace predeterminada Servidor DNS preferido Servidor DNS alternativo

Por último se presiona Aceptar/Ok para guardar la configuración.

4.1.2 BOOTP En la Tabla 4.1 se presenta una relación de los dispositivos existentes en la red Ethernet con su respectiva dirección MAC y la dirección IP designada para esta configuración.

Tabla 4. 1 Configuración Protocolo Ethernet/IP Dispositivo Direcciones MAC Direcciones IP Compact Logix L32E Predeterminado 192.168.1.1 PowerFlex 40 00:00:BC:56:57:0B 192.168.1.2 Point I/O 1734 – AENT E4:90:69:A0:31:3B 192.168.1.3

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Para comenzar se debe abrir la aplicación BOOTP–DHCP, Figura 4.6 (comúnmente alojada dentro de la carpeta Rockwell Software en el menú de Programas).

Figura 4. 6 Ventana principal del programa BOOTP/DHCP

Una vez abierta la aplicación, entrar en Tools, y seleccionar Network Settings, al aparecer la ventana de dialogo, se debe ingresar la máscara 255.255.255.0 en la opción Subnet Mask. Ya que se ingresó la máscara, en el recuadro Request History (Figura 4.7), aparecerán las direcciones MAC del equipo conectado en la red Ethernet..

Figura 4. 7 Dirección física de los elementos

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A continuación se debe asignar la dirección IP a la MAC correspondiente, para hacerlo, se debe dar doble clic en la MAC del recuadro Request History. Como se vio en la Tabla 4.1, la IP asignada a la MAC 00:00:BC:56:57:0B (variador de frecuencia PowerFlex40) es 192.168.1.2, Figura 4.8.

Figura 4. 8 Asignación de la IP al variador powerFlex40

Una vez asignada la IP, esta aparecerá en la columna IP Adress y en el cuadro Relation List, como se observa en la Figura 4.9, para asignar la IP del Point I/O se sigue el mismo procedimiento.

Figura 4. 9 Nueva IP asignada

En la Figura 4.10 se observa que la MAC del variador PowerFlex40 y del módulo Point I/O tienen asignada si IP.

Figura 4. 10 MAC con asignación IP

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NOTA: Las direcciones IP pueden ser diferentes a las ilustradas puesto que esto puede cambiar por el operador. En la Tabla 4.2 se muestran a forma de recordatorio, las direcciones IP que se asignaron hasta este momento.

Tabla 4. 2 Confirmación de Direcciones IP PC 192.186.1.10 Compact Logix L32E 192.168.1.1 PowerFlex 40 192.168.1.2 Point I/O 1734 – AENT 192.168.1.3

Para concluir esta sección, no se debe cerrar la ventana de BOOTP, debe mantenerse abierta para monitorear el estado de la conexión de los dispositivos.

4.1.3 RSLINX Una vez terminada la parte del BOOTP, se procede a configurar el software RSLinx. RSLinx que permite la comunicación entre la PC y el PAC CompactLogix. Para comenzar hay que abrir la aplicación RSLinx Classic (Inicio > Programas > Rockwell Software > RSLinx >RSLinx Classic), dirigirse a Herramientas, a Communications y abrir Configure Drives. Dentro de Configure Drives, desplegar el menú de opciones de Available Drive Types, y seleccionar la opción Ethernet/IP Driver, después dar clic en la opción de Add New, como se muestra en Figura 4.11.

Figura 4. 11 Configuración del Drive

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Esta opción reconoce automáticamente todos los dispositivos compatibles conectados en la red Ethernet/IP. En la ventana Add New RSLinx Classic Driver aparece de manera predeterminada un nombre para el driver. A continuación se presiona OK, Figura 4.12.

Figura 4. 12 Nombre AB _ETHIP – 1 predeterminado

Una vez hecho esto, en el cuadro Configure drivers aparecerá el driver que se acaba de crear, llamado AB _ETHIP – 1. A continuación se da doble clic en el driver para configurarlo. Dentro de la ventana de configuración, se selecciona Browse Local Subnet y Broadcom NetXtreme Gigabit Ethernet-Minipuerto del administrador…, esta última opción sirve para configurar el drive, en la computadora con IP 192.168.1.10 Figura 4.13. Ahora se da clic en Aplicar para que genere la configuración y después clic en Aceptar.

Figura 4. 13 Configuración Drive

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Se debe verificar que el drive está funcionando, es decir que aparezca la leyenda Running en la columna Status, Figura 4.14.

Figura 4. 14 Drive en modo Running (En funcionamiento)

El Drive está disponible y ahora se puede seleccionar el puerto Ethernet/IP desde WhoActive en el software de programación RSLogix 5000. Se cierra esta ventana dando clic en Close y ahora da clic en el

icono de RSWho en este mismo programa, Figura 4.15.

Figura 4. 15 Ventana de RSWho

Dentro de RSWho se despliega el menú de AB_ETHIP – 1, Ethernet para examinar su red e identificar los equipos presentes en esta. Se deben ver los equipos agregados con sus direcciones IP tal como se observa en la imagen 4.16.

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Figura 4. 16 Visualización de los módulos agregados en RSWho

Por último cerrar RSWho y RSLinx, con esto se completa la configuración de la computadora.

4.1.4 RSLOGIX 5000 Una vez asignadas las IP, configurado BOOTP y RSLinx, ahora toca el turno del software RSLogix 5000 donde se agregarán los módulos del CompactLogix L32E, del Point I/O y el variador PowerFlex 40. Para abrir el programa se sigue la siguiente ruta: Inicio > Programas > Rockwell Software > RSLogix 5000 Enterprice Series > RSLogix 5000 Una vez dentro, se crea un nuevo proyecto dando clic en New Proyect como muestra la Figura 4.17.

Figura 4. 17 Nuevo proyecto

Se abrirá la ventana New Controller, en la opción Type se selecciona el modelo del CompactLogix, en este caso el 1769–L32E /CompactLogix 5332E Controller, Figura 4.18.

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Figura 4. 18 1769–L32E CompactLogix 5332E Controller

En Revisión, se selecciona el número 17, en Name se ingresa un nombre al proyecto y se da clic en OK, Figura 4.19.

Figura 4. 19 Nuevo Controlador

Una vez hecho el controlador se abre la ventana principal de trabajo (Figura 4.20.

Figura 4. 20 Ventana principal de trabajo del Controlador

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4.1.5 PAC COMPACTLOGIX En la parte inferior izquierda de la pantalla principal se encuentra la carpeta de I/O Configuration (Figura 4.21), donde se agregan los módulos del PAC CompactLogix L32E, el Point I/O con sus módulos, y por ultimo al variador PowerFlex 40.

Figura 4. 21 Carpeta I/O Configuration

Para dar de alta los módulos se tiene la siguiente regla: se agregan de izquierda a derecha, con referencia a la fuente de alimentación del PAC CompactLogix L32E; para iniciar se selecciona CompactBus Local y con clic derecho, se selecciona New Module. Al abrir la ventana Select Module, agregar los módulos según la regla. La Tabla 4.3indica la posición física de los módulos.

Tabla 4. 3 Módulos CompactLogix L32E Cantidad Modelo Tipo Módulo Num. E/S 2 1769 – IQ16 Entrada Digitales 16 1 1769 – OW16 Salida Digitales 16 1 1769 – ASCII Specialty Interface 2 Canales 0 y 1

En la columna Module se selecciona Digital, se abren las opciones, se selecciona el módulo 1769- y se da clic en OK, Figura 4.22.

Figura 4. 22 Seleccionando módulo digital

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Una vez hecho esto se abre la ventana New Module, donde aparecen sus características, en Name se agrega un nombre que lo identifique (Figura 4.23). El Slot es el número de posición del módulo que se está agregando, en este caso es el primero de izquierda a derecha después de la fuente de alimentación.

Figura 4. 23 Agregando módulo digital

Dar clic en OK para confirmar la configuración del módulo. Debido a que son 2 módulos de entradas digitales se agrega otro, solo que en este caso el Slot es el número dos, para el módulo de salidas 1769-OW16 se sigue el mismo procedimiento, su Slot correspondiente es el numero 3. Para dar de alta el módulo ASCII, se encuentra Specialty, como se muestra en la Figura 4.24.

Figura 4. 24 Seleccionando módulo ASCII

El Slot de este módulo es el número cuatro, por ser el ultimo módulo agregado, Figura 4.25.

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Figura 4. 25 Agregando módulo ASCII

Una vez dados de alta todos los módulos, en CompactBus Local aparecen enumerados según su slot, Figura 4.26.

Figura 4. 26 Módulos agregados en CompactBus Local

4.1.6 POINT I/O 1734–AENT Para agregar el Point I/O 1734–AENT, se realiza lo siguiente: en la carpeta I/O Configuration, se selecciona 1769–L32E Ethernet Port LocalENB y se le da clic derecho, se elige New Module, en Select Module se abren las opciones y se selecciona Communications, se busca el modelo 1734–AENT/A (Figura 4.27), y se da clic en OK.

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Figura 4. 27 Seleccionando equipo 1734 – AENT/A

La Figura 4.28 muestra una ventana importante, Select Major Revision, en ella se debe confirmar la locación física del equipo.

Figura 4. 28 Locación equipo

Una vez que se da clic en OK, aparece la ventana New Module, se agrega un nombre distintivo en Name, en Chassis Size se introduce número de módulos que se van a agregar, en este caso serán 4, de los cuales uno es predeterminado por el equipo Point I/O, los restantes se enlistan en la Tabla 4.4.

Tabla 4. 4 Módulos Point I/O 1734 – AENT Cantidad Modelo Tipo Módulo Num. E/S 1 1734 – IB4 Entrada Digitales 4 1 1734 – OB4 Entrada Digitales 4 1 1734 – OE2V Salida Analógica 2

Después en Address/Host Name se agrega la dirección IP que le asignó en el programa BOOTP. Para terminar se da clic en OK y nuevamente en OK para confirmar, Figura 4.29.

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Figura 4. 29 Confirmación del equipo Point I/O

En la parte inferior izquierda aparecerá el nombre Point IO abajo de 1769–L32E Ethernet Port LocalENB. Para agregar los módulos se da clic derecho en 1734–AENT/A POINT_IO, y se selecciona New Module. En la ventana Select Module se selecciona Digital, para después desplegar su contenido, se busca el modelo 1734-IB4 y se da clic en OK, Figura 4.30.

Figura 4. 30 Seleccionando módulo digital del Point I/O

En la ventana New Module (Figura 4.31) se le asigna un nombre, su Slot correspondiente es el número uno, por ser el primer módulo del Point I/O, para terminar se da clic en OK.

Figura 4. 31 Confirmación de módulo digital del Point I/O

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En la parte inferior izquierda de la pantalla principal aparecerá el nombre del módulo en POINTI/O 4 Slot Chassis. De esta misma forma se agrega el otro módulo digital, el Slot cambiara dependiendo la posición en la que se encuentre (de izquierda a derecha). Para agregar el módulo 1734-OE2V se selecciona Analog, como se muestra en la Figura 4.32.

Figura 4. 32 Seleccionando módulo analógico del POINT I/O

Se le asigna un nombre y el número de Slot, en este caso el 3, por ser el último (Figura 4.33).

Figura 4. 33 Confirmación de módulo analógico del Point I/O

Una vez que se agregaron todos los módulos, aparecerán sus nombres debajo de Point_IO 4 Slot Chassis, Figura 4.34.

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Figura 4. 34 Módulos agregados en Point_IO 4 Slot Chassis

4.1.7 VARIADOR DE FRECUENCIA POWERFLEX 40 Para agregar el variador PowerFlex 40 se realiza lo siguiente: En la carpeta I/O Configuration, se selecciona 1769–L32E Ethernet Port LocalENB y se da clic derecho, se elige New Module. En Select Module se busca Drives, se abren las opciones y se busca PowerFlex 40 E (Figura 4.35).

Figura 4. 35 Seleccionando equipo PowerFlex 40

A continuación aparece una ventana donde se carga la información del variador, Figura 4.36.

Figura 4. 36 Cargando datos al equipo

Una vez terminada la carga, aparece la ventana New Module en donde se agrega el nombre del variador. Después en Address/Host Name se agrega la dirección IP asignada en el programa BOOTP. En esa misma ventana, en la parte inferior izquierda, Module Definition, se da clic en Change, Figura 4.37.

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Figura 4. 37 Cambiando la configuración del variador

Una vez hecho esto, se abre la ventana Module Definition. En la parte inferior izquierda se da clic en Math Drive, Figura 4.38.

Figura 4. 38 Match Drive

A continuación se abre la ventana Full or Partial Match?, en donde el programa realiza una búsqueda de parámetros y definirá al variador, ahora se da clic en Full para continuar. Figura 4.39.

Figura 4. 39 Full or Partial Match

Lo siguiente es seleccionar el icono PowerFlex40 en la ventana Connect To Drive y dar clic en OK, Figura 4.40.

Figura 4. 40 Confirmar el equipo

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A continuación aparecerá la ventana Uploading Parameters en donde se cargan los parámetros del variador al programa, Figura 4.41.

Figura 4. 41 Ajustando parámetros del variador

Al terminar se abrirá una ventana, donde indica que se completo la carga. Se da clic en Aceptar, Figura 4.42.

Figura 4. 42 Aceptar la configuración del variador

Para finalizar la configuración se da clic en OK, Figura 4.43.

Figura 4. 43 Configuración final del variador

Como se muestra en la Figura 4.44 el lado inferior izquierdo de la pantalla principal, en 1769–L32E Ethernet Port LocalENB > Ethernet, aparece el variador PowerFlex 40.

Figura 4. 44 Equipo agregado en 1769 – L32E Ethernet Port LocalENB

Con esto termina la configuración del software RSLogix500 en donde se agregó el PAC, Point I/O y el variador de frecuencia PowerFlex40.

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4.2 GENERACIÓN DE TAGS Para dar de alta un tag se debe hacer lo siguiente: Se agrega un elemento en el programa RSLogix5000, en este caso un contacto, como se observa en la Figura 4.45.

Figura 4. 45 Contacto normalmente abierto

Se le da un nombre, Figura 4.46. Hay que tener en cuenta que si el nombre tiene dos palabras, la separación entre las palabras siempre debe ser un guion bajo para que el programa pueda reconocerlo, de lo contrario se marcara un error al compilarlo.

Figura 4. 46 Asignación de un nombre al contacto

Una vez asignado el nombre, se le da clic derecho y se selecciona <New “Entrada_uno”>, como se muestra en la Figura 4.47.

Figura 4. 47 Como dar de alta un tag a partir del nombre asignado al contacto N.A.

Una vez hecho esto se abre una nueva ventana en donde en la sección Type, se selecciona “Base” (esta opción se usa para indicar que el elemento es de tipo virtual). Adicionalmente en la sección Data Type se elegirá que tipo de dato: BOOL, INT, DINT…etc. según la necesidad que se tenga. Figura 4.48.

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Figura 4. 48 Configuración del tipo de contacto

En el ejemplo se agregó un contacto y al no haber una forma física de accionarlo, se hará desde el programa RSLogix5000, usando la opción “Toggle Bit”, para hacer esto se le da clic derecho y se selecciona “Toggle Bit” Figura 4.49. Al hacer esto en contacto abierto “Entrada_uno” se cerrara.

Figura 4. 49 Cambio de estado del contacto usando la función Toggle Bit

4.3 FORMA DE DAR DE ALTA SUBRUTINAS Para trabajar con subrutinas, se requiere:

a) Rutina principal b) Subrutina 1 c) Subrutina 2

A continuación se describen cada una de ellas

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a) Rutina principal Se usa para elegir entre las diferentes subrutinas que contiene el programa, el número mínimo de subrutinas es de 2. Para hacer la rutina principal. En la pantalla Main Routine del programa RSlogix5000 se coloca en cada línea un contacto (se le nombra de acuerdo a la función que haga la subrutina), posteriormente se coloca un bloque llamado JSR (Jump to Subroutine) que se encuentra en la pestaña Program Control, el número de líneas que se ocupen dependerá de la cantidad de subrutinas que se ocupen, en el proyecto solo se necesitaron 2, como se muestra en la Figura 4.50.

Figura 4. 50 Rutina principal

En las líneas se marca un error pero es debido a que aun no se han introducido parámetros en los bloques JSR.

b) Subrutina 1 La subrutina 1 es una sección de código que solo entrara en funcionamiento una vez que se cumpla una condición (esta condición es que se active el contacto en serie con el bloque JSR especificado para esta subrutina). Para crear las subrutinas. En el cuadro izquierdo del programa RSLogix5000 se selecciona la subcarpeta Main Program, se le da clic derecho y se selecciona New Routine, Figura 4.51

Figura 4. 51 Subrutinas en la carpeta MainTask

119

En el cuadro New Routine se introduce el nombre de la subrutina, Figura 4.52.

Figura 4. 52 Cuadro New Routine

Una vez hecho esto, en la subcarpeta Main Program aparece el nombre de la nueva subrutina, Figura 4.53. Este proceso se repite de igual manera para agregar las subrutinas que sean necesarias.

Figura 4. 53 Nueva subrutina Ethernet

Para abrir una subrutina se da doble clic en su nombre. Una vez abierta se coloca un bloque SBR (Subrotutine) y una bobina, Figura 4.54.

Figura 4. 54 Bloque SBR

El tag de la bobina será el mismo que tiene el contacto para seleccionar la subrutina, ubicado en la rutina principal, Figura 4.55.

Figura 4. 55 Tags rutina principal

Este procedimiento se hará para cada una de las subrutinas que se tengan. Para concluir, dentro de cada subrutina se introduce el diagrama de escalera correspondiente. Para seleccionar una subrutina específica solo se activa el contacto correspondiente a la subrutina deseada. 4.4 CONTROL DEL VARIADOR POWERFLEX40 Una vez que se ha configurado en general el equipo (PC, PAC, variador y POINT I/O), se procede a realizar el control del motor usando el variador de frecuencia por los siguientes métodos:

120

4.4.1 CONTROL POR KEYPAD Para poder controlar la velocidad del motor a través de variador de frecuencia PowerFlex40, se deben configurar ciertos parámetros como lo son forma de arranque y paro. La Tabla 4.5 muestra los parámetros que se deben ajustar en el variador a través del Keypad.

Tabla 4. 5 Tabla de parámetros para control del variador por Keypad Parámetros del

variador PowerFlex40 Valor Parámetros del variador PowerFlex40

Valor

P36 0 A72 8 P38 0 A73 12 A51 0 A74 16 A52 0 A75 20 A53 0 A76 24 A70 0 A77 28 A71 4 A78 7.8

a) ACTIVACIÓN Y CONFIGURACIÓN DEL VARIADOR

Se usarán los siguientes pasos:

1. Conectar la alimentación a la toma de corriente. 2. Activar el guardamotor de protección general IT1, este tiene como función de proteger el motor y

el módulo, la alimentación pasara por un bloque de clemas L1’ y L2’. 3. Activar el interruptor termomagnético de dos polos IT2, alimentando un lado de el contactor

auxiliar K1 para posteriormente llegar a las terminales de entrada L1/R y L2/S de el variador PowerFlex 40. A su vez las salidas T1, T2 y T3 están conectadas a un bloque de 3 clemas (T1’, T2’ y T3’), de el cual alimentan al motor trifásico de la banda transportadora.

4. Se activa el interruptor termomagnético de un polo IT3, para habilitar la fuente de alimentación 1006 – XLE de +24V, y también se habilita a la botonera de mando para el módulo Point I/O.

5. Se gira hacia el lado izquierdo el selecto SEL–1, que activa al contactor auxiliar K1 y activa al PowerFlex 40.

6. Para habilitar al PowerFlex 40, se gira hacia el lado izquierdo el selector SEL – 2 de la botonera de mando para el PAC.

b) MODIFICACIÓN DEL PARÁMETRO P036

1. Se presiona Esc una vez para mostrar el numero de parámetro de el Grupo de Visualización

mostrado al momento del encendido. El número de parámetro parpadeará. 2. Presionar Esc nuevamente para entrar al menú de grupo. La letra del menú de grupo parpadeará. 3. Presionar la flecha hacia arriba para desplazar el menú de grupos y asignamos la letra “P”. 4. Presionar Enter o Sel para ingresar al grupo. Parpadeará el digito derecho del último parámetro

visualizado en dicho grupo. 5. Presionar la flecha hacia arriba y modificar el último parámetro visualizado a “6”.

121

6. Presionar Sel o Enter para ingresar al grupo. Presionar Enter o Sel para entrar al modo de programación para editar el valor del parámetro. El digito derecho parpadeará y el indicador LED de programación se iluminara si el parámetro puede editarse.

7. Presionar las flechas hacia arriba o la flecha hacia abajo para cambiar el valor de parámetro a “0” 8. Presionar Enter para guardar el cambio. El digito dejara de parpadear y el indicador LED de

programación se apaga. 9. Pulsar Esc para regresar a la lista de parámetros, continuar presionando Esc para retroceder y

salir del menú de programación. De esta forma se realiza la configuración de los parámetros restantes, P038, A051, A052, A053 y A054.

c) PUESTA EN MARCHA DEL MOTOR

1. Habilitar el motor al presionar Start, el indicador LED de RUN se iluminara. 2. Para hacer girar la banda, se varía el Potenciómetro para regular la velocidad del variador. 3. Presionar Reverse para invertir el giro de la banda, (El indicador LED de REV parpadeará, la

velocidad baja a 0 para hacer el cambio de giro). 4. Presionar Stop para detener el motor (El indicador LED de RUN parpadeará y empezara a bajar la

velocidad hasta llegar a 0, deshabilitando el motor). 4.4.2 CONTROL POR BOTONERA DE MANDO PARA EL VARIADOR Para realizar esta forma de control de velocidad se deben ajustar los parámetros que se muestran en la Tabla 4.6 en el variador PowerFlex40.

Tabla 4. 6 Tabla de parámetros para control del variador por botonera de mando Parámetros del

variador PowerFlex40 Valor

Parámetros del variador PowerFlex40

Valor

P36 1 A72 8 P38 4 A73 12 A51 4 A74 16 A52 4 A75 20 A53 4 A76 24 A70 0 A77 28 A71 4 A78 7.8

Se controla el variador de forma Remota (Manual) desde la “Botonera de mando para el variador”, se van a utilizar unos parámetros que se usaran para tener activadas las funciones para controlar el motor con respecto a la Botonera de mando para el variador.

a) ACTIVACIÓN Y CONFIGURACIÓN DEL VARIADOR.

1. Se conectara la alimentación a la toma de corriente, se activara el guardamotor de protección general IT1, este tiene como función de proteger el motor y el módulo, pasara por un bloque de clemas de alimentación secundaria L1’ y L2’.

122

2. Activar el interruptor termomagnético de dos polos IT2, alimentando un lado de el contactor auxiliar K1 para posteriormente llegar a las terminales de entrada L1/R y L2/S de el variador PowerFlex 40. A su vez las salidas T1, T2 y T3 están conectadas a un bloque de 3 clemas (T1’, T2’ y T3’), del cual alimentan al motor trifásico de la banda transportadora.

3. Se activa el interruptor termomagnético de un polo IT3, para habilitar la fuente de alimentación 1006 – XLE de +24V, y también se habilita a la botonera de mando para el módulo Point I/O.

4. Se gira hacia el lado izquierdo el selecto SEL – 1, que activa al contactor auxiliar K1 y activa al PowerFlex 40.

5. Para habilitar al PowerFle40 y la botonera de mando para el variador, se gira hacia el lado izquierdo el selector SEL – 2 de la botonera de mando para el PAC.

b) MODIFICACIÓN DEL PARÁMETRO P036.

1. Se presiona Esc una vez para mostrar el numero de parámetro del Grupo de Visualización

mostrado al momento del encendido. El número de parámetro parpadeará. 2. Presionar Esc nuevamente para entrar al menú de grupo. La letra del menú de grupo parpadeará. 3. Presionar la flecha hacia arriba para desplazar el menú de grupos y asignamos la letra “P”. 4. Presionar Enter o Sel para ingresar al grupo. Parpadeará el digito derecho del último parámetro

visualizado en dicho grupo. 5. Presionar la flecha hacia arriba y modificar el último parámetro visualizado a “6”. 6. Presionar Sel o Enter para ingresar al grupo. Presionar Enter o Sel para entrar al modo de

programación para editar el valor del parámetro. El digito derecho parpadeará y el indicador LED de programación se iluminara si el parámetro puede editarse.

7. Presionar las flechas hacia arriba o la flecha hacia abajo para cambiar el valor de parámetro a “1”. 8. Presionar Enter para guardar el cambio. El digito dejara de parpadear y el indicador LED de

programación se apaga. 9. Pulsar Esc para regresar a la lista de parámetros, continuar presionando Esc para retroceder y

salir del menú de programación. De esta forma se realiza la configuración de los parámetros restantes, P038, A051, A052, A053 y A054. Se realiza la configuración de los parámetros, A070, 71, 72, 73, 74, 75, 76 y 77, con las siguientes frecuencias preestablecidas, según la Tabla 4.7.

Tabla 4. 7 Tabla de Verdad de Frecuencias Preestablecidas

[Prest Freq] Selectores

Frecuencia de salida SEL – C1 SEL – C2 SEL – C3

A070 0 0 0 0 Hz A071 1 0 0 4 Hz A072 0 1 0 8 Hz A073 1 1 0 12 Hz A074 0 0 1 16 Hz A075 1 0 1 20 Hz A076 0 1 1 24 Hz A077 1 1 1 28 Hz

123

c) MODIFICACIÓN DEL PARÁMETRO A70

1. Se presiona Esc una vez para mostrar el numero de parámetro del Grupo de Visualización mostrado al momento del encendido. El número de parámetro parpadeará.

2. Presionar Esc nuevamente para entrar al menú de grupo. La letra del menú de grupo parpadeará. 3. Presionar la flecha hacia abajo para desplazar el menú de grupos y asignamos la letra “A”. 4. Presionar Enter o Sel para ingresar al grupo. Parpadeará el digito derecho del último parámetro

visualizado en dicho grupo. 5. Presionar la flecha hacia arriba y modificar el último parámetro visualizado a “70”. 6. Presionar Sel o Enter para ingresar al grupo. Presionar Enter o Sel para entrar al modo de

programación para editar el valor del parámetro. El digito derecho parpadeará y el indicador LED de programación se iluminara si el parámetro puede editarse.

7. Presionar las flechas hacia arriba o la flecha hacia abajo para cambiar el valor de parámetro a “0” 8. Presionar Enter para guardar el cambio. El digito dejara de parpadear y el indicador LED de

programación se apaga. 9. Pulsar Esc para regresar a la lista de parámetros, continuar presionando Esc para retroceder y

salir del menú de programación. De esta forma se realiza la configuración de los parámetros restantes, A071, 72, 73, 74, 75, 76 y 77.

d) PUESTA EN MARCHA DEL MOTOR

1. Girar el selector de activación SEL – A hacia la derecha, el indicador LED de RUN se iluminara. 2. Girar el selector de control uno SEL – C1 hacia la derecha, obteniendo una frecuencia de 4Hz de

salida hacia el motor. 3. Girar el selector de control dos SEL – C2 hacia la derecha, obteniendo una frecuencia de 8Hz de

salida hacia el motor. 4. Girar el selector de control uno SEL – C1 y el selector de control dos SEL – C2 hacia la derecha,

obteniendo una frecuencia de 12Hz de salida hacia el motor. 5. Girar el selector de control tres SEL – C3 hacia la derecha, obteniendo una frecuencia de 16Hz de

salida hacia el motor. 6. Girar el selector de control uno SEL – C1 y el selector de control tres SEL – C3 hacia la derecha,

obteniendo una frecuencia de 20Hz de salida hacia el motor. 7. Girar el selector de control dos SEL – C2 y el selector de control tres SEL – C3 hacia la derecha,

obteniendo una frecuencia de 24Hz de salida hacia el motor. 8. Girar el selector de control uno SEL – C1, el selector de control dos SEL – C2 y el selector de control

tres SEL – C3 hacia la derecha, obteniendo una frecuencia de 28Hz de salida hacia el motor. 9. Para invertir el giro de la banda, girar el selector de inversión de giro SEL – I hacia la derecha, (El

indicador LED de REV parpadeará, la velocidad baja a 0 para hacer el cambio de giro). 10. Presionar el botón de paro BP – 2 para detener el motor (El indicador LED de RUN parpadeará y

empezara a bajar la velocidad hasta llegar a 0, deshabilitando el motor).

124

4.4.3 MONITOREO Y GESTIÓN POR HMI En esta sección se mostraran dos formas adicionales para la manipulación de la velocidad de un motor asíncrono usando una interfaz hombre-máquina mediante dos métodos: Con comunicación Ethernet y usando salidas físicas del PAC

a) CONTROL POR COMUNICACIÓN ETHERNET Para poder controlar la velocidad del variador de frecuencia PowerFlex40 por este método se deben ajustar los siguientes parámetros de la Tabla 4.8 en el variador.

Tabla 4. 8 Tabla de parámetros para control del variador por comunicación Ethernet y HMI Parámetros del

variador PowerFlex40 Valor

Parámetros del variador PowerFlex40

Valor

P36 5 A72 8 P38 2 A73 12 A51 0 A74 16 A52 0 A75 20 A53 0 A76 24 A70 0 A77 28 A71 4 A78 7.8

Con esta forma lo que se hace es usar bits virtuales de entrada y direccionarlos a una serie de tags preestablecidos en el variador, los cuales cumplen la función de salidas (también virtuales); estos tags tienen diferentes funciones en el variador como arrancar, detener, JOG, cambio de giro, visualización, entre otros. Es en esta sección en donde se hace el ajuste de la velocidad máxima permitida por medio de límites, es decir (ver Anexos 3 y 4). En la Figura 4.56 se muestra el diagrama de escalera correspondiente a la subrutina Control_Ethernet Adicionalmente, en las Tablas 4.9 y 4.10 se describen cada una de las funciones de los elementos en cada línea de trabajo.

125

Figura 4. 56 Diagrama de escalera de la subrutina Control_Ethernet

126

Tabla 4. 9 Función del bloque SBR en la subrutina Control_Ethernet Línea Bloque Tag de salida Función

0 Bloque SBR Control_Ethernet Habilita el diagrama de escalera contenido en esa subrutina

Tabla 4. 10 Función de la subrutina Control_Salidas_PAC

Línea Tag del

contacto de entrada

Tag de salida Función

1 Paro_1

Variador_PowerFlex40E O Stop Lamp_PARO (L) Lamp_ARRANQUE (U)

Cuando el contacto N.A. se cierra detiene al motor, la lámpara indicadora de paro se enciende, y la lámpara de arranque se apaga.

2 Arranque_1

Variador_PowerFlex40E O Start Lamp_PARO (U) Lamp_ARRANQUE (L)

Cuando el contacto N.A. se cierra activa el variador, la lámpara indicadora de arranque se enciende, y la lámpara de paro se apaga. El motor comenzara a girar hasta que se establezca una velocidad en el cuadro Velocidad de la banda

3 JOG Variador_PowerFlex40E O Jog

Al cerrarse este contacto el motor gira a una velocidad preestablecida de 5cm/s, al abrir el contacto, el motor se detiene

4 Giro_Derecha_1

Variador_PowerFlex40E O Reverse Lamp_DER (L) Lamp_IZQ (U)

Al cerrar este contacto, el motor gira hacia el lado derecho encendiendo su respectiva lámpara indicadora y apagando la lámpara de giro a la izquierda

5 Giro_Izquierda_1

Variador_PowerFlex40E O Forward Lamp_DER (U) Lamp_IZQ (L)

Al cerrar este contacto, el motor gira hacia el lado izquierdo encendiendo su respectiva lámpara indicadora y apagando la lámpara de giro a la derecha

6 Bloque LIM Salida_Permitida Bloque MUL

En esta línea se condiciona la velocidad de funcionamiento, mientras se introduzca un valor entre 0 y 10, el motor trabajara normalmente

7 Bloque GRT Salida_Excedida Si el valor introducido excede a 10, el motor se detiene inmediatamente hasta que se introduzca un valor menor

b) CONTROL POR SALIDAS DEL PAC

Para poder controlar la velocidad del motor por este método se deben configurar los parámetros de la Tabla 4.11 el variador mediante el Keypad.

127

Tabla 4. 11 Tabla de parámetros para control del variador por salidas del PAC y HMI Parámetros del

variador PowerFlex40 Valor

Parámetros del variador PowerFlex40

Valor

P36 1 A72 8 P38 4 A73 12 A51 4 A74 16 A52 4 A75 20 A53 4 A76 24 A70 0 A77 28 A71 4 A78 7.8

De forma paralela a la botonera de mando para el variador, se tienen una seria de salidas del PAC que cumplen la misma función pero con la condición de que las salidas se deben activar. Adicionalmente a esto hay una salida del PAC que controla directamente al contactor auxiliar K1 el cual hace que se energice el variador de frecuencia, por lo que se suma una condición mas para el funcionamiento del módulo. A continuación se muestra el diagrama de bloques en la figura 4.57 correspondiente a la subrutina Control_Salidas_PAC y el funcionamiento de cada línea en las Tablas 4.12 y 4.13.

128

Figura 4. 57 Diagrama de escalera de la subrutina Control_Salidas_PAC

Tabla 4. 12 Función del bloque SBR en la subrutina Salidas_PAC

Línea Bloque Tag de salida Función

0 Bloque SBR Control_Salidas_PAC Habilita el diagrama de escalera contenido en esa subrutina

129

Tabla 4. 13 Función de la subrutina Control_Salidas_PAC

Línea Tag del contacto de

entrada Dirección de salida Función

1 Limpiar_Fallo Variador_PowerFlex40E O ClearFaults

Limpia el fallo del variador de frecuencia que ocurre cuando se descarga un nuevo programa al PAC.

2 Habilitar_Variador Local3:O Data 3 Al cerrarse el contacto N.A. de entrada, el contactor K1 se activa y el variador recibe alimentación eléctrica.

3 Paro Local3:O Data 8 Al abrirse el contacto N.C. el variador se deshabilita y el motor se detiene

4 Arranque Local3:O Data 9 Al cerrarse el contacto N.A. el variador se habilita pero el motor no gira hasta activar una velocidad preestablecida.

5 Giro_derecha Local3:O Data 10

Si se cierra este contacto, cuando el contacto Arranque esta cerrado, se invierte el sentido de giro del motor, al abrir el contacto se invierte nuevamente el sentido de giro al inicial.

6 VP1 Local3:O Data 11 Contacto de velocidad preestablecida 1, al estar habilitado el variador y al cerrar este contacto, el motor gira con una velocidad de 3cm/s

7 VP2 Local3:O Data 12 Contacto de velocidad preestablecida 2, al estar habilitado el variador y al cerrar este contacto, el motor gira con una velocidad de 6cm/s

8 VP3 Local3:O Data 13 Contacto de velocidad preestablecida 3, al estar habilitado el variador y al cerrar este contacto, el motor gira con una velocidad de 12cm/s

Una vez que se han establecido las principales formas de operación ya es posible realizar la construcción del equipo y poder hacer las primeras pruebas de funcionamiento.

130

CAPÍTULO V RESULTADOS EXPERIMENTALES Y CONCLUSIONES En este capítulo se aborda el tema sobre el armado y cableado del tablero eléctrico así como también se hace referencia sobre la HMI y las funciones que realiza sobre la variación de la velocidad en la banda transportadora, para finalmente terminar con las conclusiones sobre el proyecto.

131

5.1 ARMADO DEL TABLERO DE CONTROL El tablero se comenzó a implementar en los Laboratorios Pesados I de la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Zacatenco. A continuación se describen los pasos para su construcción:

De acuerdo a la Figura 3.49 “Arreglo físico del tablero de control eléctrico” se tomaron medidas del equipo usado en el punto 3.1 “Selección de componentes eléctricos” para comenzar a montar la canaleta y el riel.

Una vez hecho esto se fijó todo el equipo eléctrico a la platina (Figura 5.1) según el arreglo de la Figura 3.49.

Figura 5. 1 Fijación de canaleta y equipo

Posteriormente se armaron, alambraron y fijaron a la platina las botoneras correspondientes al

PAC CompactLogix (Figura 5.2), al variador de frecuencia PowerFlex40 y al módulo POINT I/O (Figura 5.3).

Figura 5. 2 Botonera de mando para el PAC

132

Figura 5. 3 Botonera de mando para el módulo POINT I/O

Una vez montado todo el equipo, se comenzó a alambrar el tablero según los planos de las Figuras

3.47 y 3.48 siguiendo el patron de colores y calibres siguiente: cable calibre 22 AWG color negro para las entradas cable calibre 22 AWG color blanco para las salidas cable calibre 18 AWG color rojo para alimentaciones a 24VCD cable calibre 14 AWG color negro para la sección de fueza, es decir, alimentaciones a

127/220VCA cable calibre 12 AWG color negro para la alimentacion del motor trifasico

Siguiendo como base el diagrama de red Ethernet (Figura 3.46), se realizaron las conexiones del equipo

Para finalizar se hicieron pruebas de continuidad y de conexión de red para evitar cortocircuitos y fallas de comunicación

En la Figura 5.4 se puede observar el tablero de control totalmente alambrado.

Figura 5. 4 Tablero de control

133

5.2 INTERFAZ GRÁFICA HMI Para comenzar a trabajar en este software se deben seguir los siguientes pasos:

1. Abrir Machine Edition. 2. En la primera ventana que aparece seleccionar Machine Edition y dar clic en Continue. 3. En la ventana New//Open Machine Edition Application, seleccionar New, dar un nombre al

programa en Application Name y hacer clic en Create para crearlo (Figura 5.5).

Figura 5. 5Creando una aplicación para HMI

Se cargará la ventana de trabajo y se abrirá en el lado izquierdo, el explorador de trabajo de la HMI.

4. En Explorer-HMI, Dar clic en + de Graphics para desplegar el menú y hacer clic derecho en Display, seleccionamos New para crear un nuevo display de trabajo, Figura 5.6.

Figura 5. 6 Nuevo Display

5. En el primer display se creó la presentación del trabajo (Figura 5.7), se agregaron imágenes, texto,

un Shutdown (para salir de la aplicación gráfica en caso de error) y un Goto Display Buton (Se direcciona a otro display al cual se le predetermina).

134

Figura 5. 7 Display de presentación

6. Para guardar el primer display dar clic en, File, Save As… y se le nombra, en este caso,

“Presentación”, como se muestra en la Figura 5.8.

Figura 5. 8 Guardando Display

5.2.1 DISPLAY MENÚ Se creó un segundo display en el cual se desarrolló un menú de dirección (Figura 5.9) el cual opera la interfaz gráfica, en este caso se tiene dos tipos de control, Ethernet y Salidas de PAC. En la Tabla 5.1 se nombran los elementos que intervienen en esta pantalla así como su funcionamiento.

Tabla 5. 1 Descripción de los elementos del display MENÚ Elemento en la

HMI Herramienta de

dirección Función

ETHERNET GoTo Direcciona hacia la subrutina de control Ethernet

SALIDAS DE PAC GoTo Direcciona hacia la subrutina de control por medio de las salidas del PAC

SALIR Shutdown Salir de la aplicación cargada en la HMI

135

Figura 5. 9 Display de Menú “Tipos de Control Ethernet y Salidas de PAC”

5.2.2 DISPLAY DE CONTROL ETHERNET Se creó un tercer display en donde se desarrolla el de control Ethernet, Figura 5.10.

Figura 5. 10 Tipo de Control “Ethernet”

En la Tabla 5.2 se explican cada uno de los elementos que conforman el display de control Ethernet así como el tag al que están direccionados en el programa RSLogix 5000.

Tabla 5. 2 Descripción de los elementos del display Ethernet

Elemento en la HMI TAG en el programa

RSLogix5000 Función

HABILITAR/DESHABILITAR Control_Ethernet Habilita el funcionamiento de la subrutina Ethernet así como todos sus elementos

PARO Paro_1 Detiene el funcionamiento del motor/deshabilita el variador

ARRANQUE Arranque_1 Habilita el variador para que pueda ingresarse una velocidad de trabajo valida.

IZQUIERDA Giro_Izquierda_1 El motor gira hacia el lado izquierdo

136

DERECHA Giro_Derecha_1 El motor gira hacia el lado derecho

JOG JOG El motor trabaja en el sentido designado mientras se tenga presionado

LIMPIAR FALLA *ClearFaults Borra la falla en el variador VELOCIDAD DE LA BANDA Set_Point Cuadro para la introducir los valores de velocidad VELOCIDAD NO PERMITIDA Salida_Excedida Indicador luminoso que previene de

VELOCIDAD cm/s *OutputFreq Display en que se visualiza deforma numérica la velocidad de la banda

INDICADOR DE ARRANQUE Lamp_ARRANQUE

Indica que variador se encuentra activo, la banda puede que no se encuentre girando hasta que el operador introduzca un valor de velocidad mayor o igual a 1.

INDICADOR DE PARO Lamp_PARO Indica que el motor se encuentra detenido completamente

INDICADOR DE GIRO A LA IZQUIERDA

Lamp_IZQ Indica que la banda se encuentra girando hacia la izquierda

INDICADOR DE GIRO A LA DERECHA

Lamp_DER Indica que la banda se encuentra girando hacia la derecha

INDICADOR DE JOG Lamp_JOG Indica que la banda se encuentra trabajando en modo JOG

MENÚ **GoTo Cuadro de direccionamiento hacia el display MENÚ SALIR **ShutDown Salir de la aplicación cargada en la HMI

* Estos tags están cargados de forma predeterminada en el variador de frecuencia PowerFlex40 ** Este es un elemento de programación en el FactoryTalk

a) FUNCIONAMIENTO En la Figura 5.11 se muestra el diagrama de flujo correspondiente al siguiente funcionamiento. Una vez cargado el Runtime en la HMI se presiona Menú, después se selecciona Ethernet, con esto se entra a la pantalla de control. Para comenzar se debe presionar HABILITAR para activar las funciones de todos los botones (en caso de haberse descargado el programa al PAC, en el display del variador aparecerá el error 0071 impidiendo el arranque de la banda, para corregir esto, se debe presionar LIMPIAR FALLO), después se presiona ARRANQUE para activar el variador, posteriormente se selecciona el sentido de giro de la banda transportadora, ya sea IZQUIERDA o DERECHA, ahora en el cuadro VELOCIDAD DE LA BANDA se introduce la velocidad deseada (los valores correctos de funcionamiento se encuentran entre 0 y 25, si se llegara a introducir 26 o más, el cuadro indicador VELOCIDAD NO PERMITIDA se encenderá y parpadeara color rojo indicando que se sobrepaso la velocidad, y la banda se detendrá inmediatamente. Para corregir esto se debe introducir nuevamente un valor para la velocidad y presionar ARRANQUE). Al presionar PARO, la banda transportadora se detendrá. En el cuadro superior VELOCIDAD cm/s, se visualiza la velocidad actual de la manda transportadora.

137

Para activar JOG se debe seleccionar el sentido de giro, IZQUIERDA o DERECHA, posteriormente se presiona JOG, entonces la banda transportadora girará (a una velocidad predeterminada de 5 cm/s) siempre que se mantenga presionado, de lo contrario se detendrá. En el cuadro inferior VELOCIDAD cm/s se visualizará la velocidad de JOG.

Figura 5. 11 Diagrama de flujo de Control “Ethernet”

5.2.3 DISPLAY DE CONTROL POR SALIDAS DE PAC Se creó el último display donde se desarrolla el tipo de control en las Salidas de PAC, Figura 5.12.

138

Figura 5. 12 Tipo de control Salidas de PAC

En la Tabla 5.3 se explican cada uno de los elementos que conforman el display de control por salidas de PAC, así como el tag al que están direccionados en el programa RSLogix 5000.

Tabla 5. 3 Descripción de los elementos del display Salidas_de_PAC

Elemento en la HMI TAG en el programa

RSLogix5000 Función

HABILITAR/DESHABILITAR Control_Salidas_PAC Habilita el funcionamiento de la subrutina así como todos sus elementos

APAGAR VARIADOR/ENCENDER VARIADOR

Habilitar_Variador Alimenta al variador y lo desconecta

LIMPIAR FALLA Limpiar_Fallo Borra la falla en el variador IZQUIERDA Giro_Derecha Cambio de giro a la derecha DERECHA Giro_Derecha Cambio de giro a la izquierda

PARO Paro Detiene el funcionamiento del motor/deshabilita el variador

3 cm/s VP1 Velocidad preestablecida 1 6 cm/s VP2 Velocidad preestablecida 2 12 cm/s VP3 Velocidad preestablecida 3

VELOCIDAD cm/s Display en que se visualiza de forma numérica la velocidad de la banda

MENÚ *GoTo Cuadro de direccionamiento hacia el display MENÚ

SALIR *ShutDown Salir de la aplicación cargada en la HMI

* Estos tags están cargados de forma predeterminada en el variador de frecuencia PowerFlex40

a) FUNCIONAMIENTO En la Figura 5.13 se muestra el diagrama de flujo correspondiente al siguiente funcionamiento.

139

Una vez cargado el Runtime en la HMI se presiona Menú, después se selecciona Salidas de PAC, con esto se entra a la pantalla de control. Una vez adentro se presiona HABILITAR para activar las funciones de todos los botones, lo siguiente es presionar ENCENDER VARIADOR para alimentar al variador PowerFlex40 (en caso de haberse descargado el programa al PAC, en el display del variador aparecerá el error 0071 impidiendo el arranque de la banda, para corregir esto, se debe presionar LIMPIAR FALLO). Ya que el variador encendió, se selecciona el sentido de giro de la banda transportadora, IZQUIERDA o DERECHA. Ahora se debe seleccionar la velocidad deseada, se tienen tres botones con velocidades preestablecidas: 3,6 y 12 cm/s, si se presionan dos o más botones, la velocidad será sumada, por ejemplo, si se tienen activados los botones de 3 y 6 cm/s, la banda transportadora girará a una velocidad total de 9 cm/s. En el cuadro VELOCIDAD cm/s se observará la velocidad a la que gira la banda transportadora. Al presionar PARO, la banda transportadora se detendrá, para poner en funcionamiento nuevamente la banda de deben seguirlos pasos desde que se selecciona el sentido de giro.

140

Figura 5. 13 Diagrama de flujo del control “Salidas de PAC”

Para crear el runtime de la aplicación que se desarrollo, se hace lo siguiente.

1. Ir al Explorer de la HMI en System 2. Dar clic derecho en Startup después en Open, se abrirá la ventana Startup de la HMI 3. Habilitar Initial graphic 4. Desplegar el menú habilitado, para indicar cuál es nuestro display principal (Figura 5.14). En

nuestro caso fue Presentación 5. Dar clic en ok

141

Figura 5. 14 Indicando display principal

6. Dar clic en, Application, Create Runtime Application, se abrirá la ventana de Create Runtime

Application donde guardaremos el archivo “.mer” con cualquier nombre 7. En el cuadro “Tipo” se selección Runtime 5.0 Application (.mer) 8. Guardar, para poder cargarlo en el panel view para visualizarlo después (Figura 5.15)

Figura 5. 15 Guardando Runtime

En la Figura 5.16 se puede observar el tablero de control con los equipos CompactLogix, el variador PowerFlex, Point I/O y todos los elementos de mando, la banda transportadora y la HMI donde se pude seleccionar en tipo de control que se desee como, Control Ethernet y salidas de PAC, donde se manipula la velocidad de la banda transportadora por comunicación Ethernet.

142

Con la opción de control Ethernet se controla las botoneras de Salidas de PAC y los selectores donde se controla en arranque, paro, cambio de dirección del movimiento de la banda y tres selectores donde se predetermina la velocidad, de las cuales aumento y disminuye cuando los selectores son activados de diferente manera.

Figura 5. 16 Tablero de control, banda transportadora y HMI

5.3 CONCLUSIONES

5.3.1 CONTROL DE LA BANDA TRANSPORTADORA POR MEDIO DEL VARIADOR DE FRECUENCIA El control de la velocidad de la banda transportadora se realizó directamente a través del variador de frecuencia por los siguientes métodos:

1. Keypad En general, el control por keypad tiene el inconveniente que el operador y el tablero se deben encontrar muy cerca ya que los cambios de funcionamiento se deben hacer directamente sobre los botones que tiene el variador en su carátula.

2. Botonera de mando para el variador

La botonera de mando por su parte, puede ser colocada fuera del tablero, el mayor inconveniente que presenta es que las velocidades establecidas son fijas, por lo que para ajustar una velocidad diferente se debe hacer configurando el parámetro necesario directamente en el variador.

3. Salidas de PAC

La variación de la velocidad por salidas de PAC presentan el mismo inconveniente que por botonera de mando, es decir, el ajuste para una velocidad diferente a las preestablecidas se debe hacer configurando parámetros en el variador.

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4. Vía Ethernet Por vía Ethernet y con la ayuda de la HMI o una PC, la regulación de la velocidad se puede hacer de manera fina, es decir, su ajuste se asemeja a la función del potenciómetro del keypad del variador, además que el tablero de control puede encontrarse en un sitio diferente al del proceso.

5.3.2 REHABILITACIÓN E INTEGRACIÓN DE LA BANDA TRANSPORTADORA Para rehabilitar la banda transportadora se tuvo que tomar en cuenta la velocidad nominal del motor (ver Anexo 2 ); la cual está considerada a 1720 rpm, velocidad que destruiría el sistema mecánico de la banda por lo que se optó por incorporar un reductor al motor y así acoplarlo a la banda para reducir su velocidad. La reducción que se realiza a la salida del motor tiene una relación de 30:1 (Ver Anexo 3) por lo que la velocidad nominal es de aproximadamente 53 rpm, la cual es tolerada por el sistema mecánico de la banda. Por lo que la velocidad máxima a la que se trabaja con el variador a 60Hz es de 53 rpm.

5.3.3 DESARROLLO DEL SOFTWARE PARA CONTROLAR LA BANDA TRANSPORTADORA Como se vio en el Capítulo IV sección 4.9 se tienen dos métodos para el control de la velocidad usando el software RSLogix5000: por salidas de PAC y por comunicación Ethernet, en donde se hace una programación tipo escalera. Más adelante en el Capítulo V sección 5.1.1 se explicó la forma de hacer una interfaz gráfica usando el software Factory Talk, simulando botonería, lámparas de señalización, displays y cuadros de entradas de datos. Comparando ambos métodos se llegó a los siguientes resultados. Salidas de PAC Este método es semejante al control de velocidad por medio de la Botonera de mando para el variador de frecuencia, ya que se tienen las mismas funciones básicas (arranque-paro, giro derecha-izquierda y tres velocidades preestablecidas), pero a diferencia de este, ultimo se tienen cuatro funciones adicionales en la misma pantalla: Habilitar/Deshabilitar, Encender/Apagar variador, Limpiar Falla y un Display de visualización de velocidad (descritas en la tabla 5.3). Las principales ventajas de este método son: en la misma pantalla se puede observar la velocidad (cm/s) de la banda transportadora, parámetro que no puede ser visualizado en el display del propio variador ya que este solo muestra la frecuencia de trabajo (0-60Hz). La segunda ventaja es que se tiene la función de Limpiar Fallo de manera remota, es decir, no se tiene que hacer desde el keypad del variador. Con estas ventajas, el operador tiene un mayor control y un monitoreo más sencillo del proceso. Comunicación Ethernet

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Este método se asemeja al manejo del Keypad ya que ambos cuentan con arranque-paro, giro izquierda-derecha, limpiar fallo y ajuste fino de la velocidad. A diferencia de este ultimo se tienen cuatro funciones adicionales: Habilitar/Deshabilitar, JOG, Indicador de velocidad no permitida y un display de visualización de velocidad. La principal ventaja de este método es que la velocidad de la banda esta restringida para que trabaje en un rango, el cual se designa en la programación del RSLogix5000. Otra de las ventajas y no menos importante es que también se puede visualizar la velocidad de la banda. Al observar las ventajas de ambos métodos se puede apreciar un punto en común: el uso de software especializado (RSLogix5000 y Factory Talk) para lograr un monitoreo y control del proceso más sencillo. Sin la ayuda de estas herramientas habría que trabajar directamente sobre el keypad del variador y se tendrían que hacer cálculos para determinar la velocidad de la banda transportadora.

5.3.4 USO A CORTO PLAZO Y MODIFICACIONES A FUTURO Los alcances del proyecto presentado en este trabajo, no se quedan solo en la automatización del proceso de traslado de materiales, sino que con el módulo (tablero de control y banda transportadora), se están sentando las bases para futuras modificaciones, como pueden ser:

Integración de sensores a la banda transportadora con el propósito de simular un proceso específico o con el fin didáctico de mostrar el funcionamiento de los sensores.

Su uso a corto plazo se puede destinar a la capacitación de alumnos de la carrera de Ingeniería en Control y Automatización en las siguientes áreas:

1. Comunicaciones Industriales Red de comunicación Ethernet Enlace y comunicación entre redes Ethernet y Devicenet Introducción y funcionamiento del software RSLogix5000 y Factory Talk

2. Manipuladores Industriales

Configuración y funcionamiento del variador de frecuencia Configuración y aplicaciones del módulo remoto POINT I/O

3. Materias de Control

Practicas de PD y PID

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ÍNDICE DE FIGURAS CAPÍTULO II Figura 2. 1 Estructura básica de un PLC ............................................................................................................................. 19 Figura 2. 2 Relación entre las terminales de entrada o de salida con una localización específica en el registro de E/S ............................................................................................................................................................................... 21 Figura 2. 3 Dispositivos de entradas y salidas ................................................................................................................. 22 Figura 2. 4 Señal binaria digital .............................................................................................................................................. 23 Figura 2. 5 Entrada de común positivo o negativo estándar ...................................................................................... 23 Figura 2. 6 Estructura típica de las entradas del PLC .................................................................................................... 24 Figura 2. 7 Señal analógica ....................................................................................................................................................... 25 Figura 2. 8 Estructura típica de las salidas del PLC ........................................................................................................ 26 Figura 2. 9 Contacto de salida a relé ..................................................................................................................................... 27 Figura 2. 10 Contacto de salida a transistor ...................................................................................................................... 27 Figura 2. 11 Niveles jerárquicos de una red industrial ................................................................................................ 31 Figura 2. 12 Niveles del modelo OSI ..................................................................................................................................... 33 Figura 2. 13 Etapas de un variador de frecuencia .......................................................................................................... 39 Figura 2. 14 Rectificador trifásico de media onda .......................................................................................................... 41 Figura 2. 15 Rectificador trifásico de onda completa .................................................................................................... 41 Figura 2. 16 Circuito general del ondulador ..................................................................................................................... 43 Figura 2. 17 Curvas de par-velocidad de un motor asíncrono alimentado a flujo constante ....................... 44 Figura 2. 18 Curvas de par-velocidad en régimen permanente para un motor asíncrono alimentado con tensión y frecuencia variable .................................................................................................................................................. 44 Figura 2. 19 Curva característica V/f ................................................................................................................................... 45

CAPÍTULO III Figura 3. 1 Estructura general CompactLogix .................................................................................................................. 47 Figura 3. 2 Controlador 1769-L32E ...................................................................................................................................... 48 Figura 3. 3 Disposición física de las terminales de entrada del módulo 1769-IQ16 ........................................ 49 Figura 3. 4 Diagrama de conexión drenador ..................................................................................................................... 50 Figura 3. 5 Diagrama de conexión surtidor ....................................................................................................................... 50 Figura 3. 6 Disposición física de las terminales de entrada del módulo 1769-IQ16 ........................................ 51 Figura 3. 7 Conexión típica del primer bloque de salidas digitales del módulo 1769-OW16 ....................... 51 Figura 3. 8 Conexión típica del segundo bloque de salidas digitales del módulo 1769-OW16.................... 51 Figura 3. 9 Módulo 1769-ASCII .............................................................................................................................................. 52 Figura 3. 10 Diseño de la botonera de mando para el PAC ......................................................................................... 53 Figura 3. 11 Diseño de la botonera de mando para el módulo POINT I/O ........................................................... 55

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Figura 3. 12 Variador de frecuencia PowerFlex40 ......................................................................................................... 57 Figura 3. 13 Partes del teclado de programación ........................................................................................................... 58 Figura 3. 14 Diagrama de conexión de las terminales del variador PowerFlex40 ............................................ 60 Figura 3. 15 Botonera de mando para el variador PowerFlex40 ............................................................................. 63 Figura 3. 16 Módulo POINT I/O .............................................................................................................................................. 64 Figura 3. 17 Relé de control MCR .......................................................................................................................................... 65 Figura 3. 18 Fuente de alimentación 1606-XLE .............................................................................................................. 66 Figura 3. 19 Contactor auxiliar K1 ........................................................................................................................................ 66 Figura 3. 20 Interruptor termomagnético de 2 polos IT2 ........................................................................................... 67 Figura 3. 21 Interruptor termomagnético de 1 polo IT3 e IT4 .................................................................................. 68 Figura 3. 22 Guardamotor IT1 ................................................................................................................................................ 68 Figura 3. 23 SWITCH ST3108S ............................................................................................................................................... 69 Figura 3. 24 Clemas para L1’, L2’, L3’, CL(+) y CL(-) ...................................................................................................... 70 Figura 3. 25 Clemas de alimentación para DC COM 1, DC COM 2, VCA-VCD 1 y VCA-VCD 2 ......................... 71 Figura 3. 26 Clemas de control para CL1…CL36.............................................................................................................. 71 Figura 3. 27 Clemas de alimentación para T1’, T2’ y T3’ ............................................................................................. 72 Figura 3. 28 Clemas de dos pisos con conexión a tierra para CLV-1…CLV-9 ....................................................... 72 Figura 3. 29 Clemas portafusible para CL-28…CL-36.................................................................................................... 72 Figura 3. 30 Circuito de alimentación eléctrica general ............................................................................................... 73 Figura 3. 31 Circuito de alimentación eléctrica para el variador PowerFlex40 ................................................. 74 Figura 3. 32 Circuito de alimentación eléctrica para la fuente 1606-XLE ............................................................ 75 Figura 3. 33 Circuito de alimentación eléctrica para el PAC CompactLogix ........................................................ 75 Figura 3. 34 Circuito de alimentación eléctrica para el módulo 1769-IQ16 ........................................................ 76 Figura 3. 35 Circuito de control del relé MCR ................................................................................................................... 77 Figura 3. 36 Circuito de alimentación eléctrica para el módulo 1769-OW16 ..................................................... 78 Figura 3. 37 Circuito de control eléctrico para el variador PoweFlex40 ............................................................... 79 Figura 3. 38 Disposición de terminales del variador en el bloque clemas de dos pisos con conexión a tierra .................................................................................................................................................................................................. 80 Figura 3. 39 Circuito de conexión para el selector SEL-1 ............................................................................................ 81 Figura 3. 40 Detalle de conexión para contactos de los selectores SEL 1 y SEL 2 ............................................. 81 Figura 3. 41 Circuito de conexión para la lámpara H1 .................................................................................................. 81 Figura 3. 42Disposición física de las tarjetas en el módulo POINT I/O ................................................................. 82 Figura 3. 43 Diagrama de conexión para la tarjeta de entradas 1734-IB4 ........................................................... 82 Figura 3. 44 Diagrama de conexión para la tarjeta de salidas 1734-OB4 ............................................................. 83 Figura 3. 45 Diagrama de conexión para la tarjeta de salidas analógicas 1734-OE2V .................................... 83 Figura 3. 46 Conexión de red Ethernet ................................................................................................................................ 84 Figura 3. 47 Plano general: sección de fuerza y arranque del relé MCR ............................................................... 85 Figura 3. 48 Plano general: sección de control ................................................................................................................ 87 Figura 3. 49 Arreglo físico del tablero de control eléctrico ........................................................................................ 88 Figura 3. 50 Partes del tablero ................................................................................................................................................ 89 Figura 3. 51 Banda transportadora ...................................................................................................................................... 91 Figura 3. 52 Partes de la banda transportadora .............................................................................................................. 91 Figura 3. 53 Estructura de la banda transportadora .................................................................................................... 91

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Figura 3. 54 Banda transportadora en malas condiciones .......................................................................................... 92 Figura 3. 55 Desperfectos de la banda transportadora ................................................................................................ 92 Figura 3. 56 Nueva estructura de la banda transportadora ....................................................................................... 93 Figura 3. 57 Reparación de tambores .................................................................................................................................. 93 Figura 3. 58 Separadores .......................................................................................................................................................... 94 Figura 3. 59 Cuadros de sujeción para las chumaceras ................................................................................................ 94 Figura 3. 60 Prueba manual de funcionamiento ............................................................................................................. 94 Figura 3. 61 Base de la banda transportadora ................................................................................................................. 95 Figura 3. 62 Adaptación de nylamid para montar el reductor .................................................................................. 95 Figura 3. 63 Banda trasportadora rehabilitada ............................................................................................................... 95

CAPÍTULO IV Figura 4. 1 Conexiones de red ................................................................................................................................................. 97 Figura 4. 2 Icono, de conexión de área local no establecida ....................................................................................... 97 Figura 4. 3 Ventana de conexión de área local ................................................................................................................. 98 Figura 4. 4 Configuración del protocolo Internet (TCP/IP) ........................................................................................ 98 Figura 4. 5 Propiedades de Protocolo Internet (TCP/IP) ............................................................................................ 99 Figura 4. 6 Ventana principal del programa BOOTP/DHCP ..................................................................................... 100 Figura 4. 7 Dirección física de los elementos .................................................................................................................. 100 Figura 4. 8 Asignación de la IP al variador powerFlex40 .......................................................................................... 101 Figura 4. 9 Nueva IP asignada ............................................................................................................................................... 101 Figura 4. 10 MAC con asignación IP .................................................................................................................................... 101 Figura 4. 11 Configuración del Drive ................................................................................................................................. 102 Figura 4. 12 Nombre AB _ETHIP – 1 predeterminado ................................................................................................ 103 Figura 4. 13 Configuración Drive ......................................................................................................................................... 103 Figura 4. 14 Drive en modo Running (En funcionamiento) ...................................................................................... 104 Figura 4. 15 Ventana de RSWho ........................................................................................................................................... 104 Figura 4. 16 Visualización de los módulos agregados en RSWho .......................................................................... 105 Figura 4. 17 Nuevo proyecto ................................................................................................................................................. 105 Figura 4. 18 1769–L32E CompactLogix 5332E Controller ....................................................................................... 106 Figura 4. 19 Nuevo Controlador ........................................................................................................................................... 106 Figura 4. 20 Ventana principal de trabajo del Controlador ...................................................................................... 106 Figura 4. 21 Carpeta I/O Configuration ............................................................................................................................ 107 Figura 4. 22 Seleccionando módulo digital ...................................................................................................................... 107 Figura 4. 23 Agregando módulo digital ............................................................................................................................. 108 Figura 4. 24 Seleccionando módulo ASCII ....................................................................................................................... 108 Figura 4. 25 Agregando módulo ASCII ............................................................................................................................... 109 Figura 4. 26 Módulos agregados en CompactBus Local ............................................................................................. 109 Figura 4. 27 Seleccionando equipo 1734 – AENT/A .................................................................................................... 110 Figura 4. 28 Locación equipo ................................................................................................................................................ 110 Figura 4. 29 Confirmación del equipo Point I/O ........................................................................................................... 111 Figura 4. 30 Seleccionando módulo digital del Point I/O .......................................................................................... 111

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Figura 4. 31 Confirmación de módulo digital del Point I/O ...................................................................................... 111 Figura 4. 32 Seleccionando módulo analógico del POINT I/O ................................................................................. 112 Figura 4. 33 Confirmación de módulo analógico del Point I/O ............................................................................... 112 Figura 4. 34 Módulos agregados en Point_IO 4 Slot Chassis .................................................................................... 113 Figura 4. 35 Seleccionando equipo PowerFlex 40 ........................................................................................................ 113 Figura 4. 36 Cargando datos al equipo .............................................................................................................................. 113 Figura 4. 37 Cambiando la configuración del variador............................................................................................... 114 Figura 4. 38 Match Drive ......................................................................................................................................................... 114 Figura 4. 39 Full or Partial Match ........................................................................................................................................ 114 Figura 4. 40 Confirmar el equipo ......................................................................................................................................... 114 Figura 4. 41 Ajustando parámetros del variador .......................................................................................................... 115 Figura 4. 42 Aceptar la configuración del variador ...................................................................................................... 115 Figura 4. 43 Configuración final del variador ................................................................................................................. 115 Figura 4. 44 Equipo agregado en 1769 – L32E Ethernet Port LocalENB ............................................................ 115 Figura 4. 45 Contacto normalmente abierto ................................................................................................................... 116 Figura 4. 46 Asignación de un nombre al contacto ...................................................................................................... 116 Figura 4. 47 Como dar de alta un tag a partir del nombre asignado al contacto N.A. .................................... 116 Figura 4. 48 Configuración del tipo de contacto ............................................................................................................ 117 Figura 4. 49 Cambio de estado del contacto usando la función Toggle Bit ........................................................ 117 Figura 4. 50 Rutina principal ................................................................................................................................................. 118 Figura 4. 51 Subrutinas en la carpeta MainTask ........................................................................................................... 118 Figura 4. 52 Cuadro New Routine ....................................................................................................................................... 119 Figura 4. 53 Nueva subrutina Ethernet ............................................................................................................................. 119 Figura 4. 54 Bloque SBR .......................................................................................................................................................... 119 Figura 4. 55 Tags rutina principal ....................................................................................................................................... 119 Figura 4. 56 Diagrama de escalera de la subrutina Control_Ethernet .................................................................. 125 Figura 4. 57 Diagrama de escalera de la subrutina Control_Salidas_PAC ........................................................... 128

CAPÍTULO V Figura 5. 1 Fijación de canaleta y equipo ......................................................................................................................... 131 Figura 5. 2 Botonera de mando para el PAC .................................................................................................................... 131 Figura 5. 3 Botonera de mando para el módulo POINT I/O ..................................................................................... 132 Figura 5. 4 Tablero de control ............................................................................................................................................... 132 Figura 5. 5Creando una aplicación para HMI ................................................................................................................. 133 Figura 5. 6 Nuevo Display ....................................................................................................................................................... 133 Figura 5. 7 Display de presentación ................................................................................................................................... 134 Figura 5. 8 Guardando Display ............................................................................................................................................. 134 Figura 5. 9 Display de Menú “Tipos de Control Ethernet y Salidas de PAC” ...................................................... 135 Figura 5. 10 Tipo de Control “Ethernet” ........................................................................................................................... 135 Figura 5. 11 Diagrama de flujo de Control “Ethernet” ................................................................................................ 137 Figura 5. 12 Tipo de control Salidas de PAC ................................................................................................................... 138 Figura 5. 13 Diagrama de flujo del control “Salidas de PAC” .................................................................................... 140

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Figura 5. 14 Indicando display principal .......................................................................................................................... 141 Figura 5. 15 Guardando Runtime ........................................................................................................................................ 141 Figura 5. 16 Tablero de control, banda transportadora y HMI ............................................................................... 142

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ÍNDICE DE TABLAS CAPÍTULO II Tabla 2. 1 Comparación entre PLC y PAC ........................................................................................................................... 30 Tabla 2. 2 Características de las capas de información según ISO ........................................................................... 34 Tabla 2. 3 Identificación de diferentes host en una red ............................................................................................... 36 Tabla 2. 4 IP clase A, B y C ......................................................................................................................................................... 37 Tabla 2. 5 IP especiales .............................................................................................................................................................. 38 Tabla 2. 6 Mascaras de subred según su clase ................................................................................................................. 39

CAPÍTULO III Tabla 3. 1 Características del controlador L32E ............................................................................................................. 48 Tabla 3. 2 Características de operación de la fuente de alimentación eléctrica 1769-PA2 ........................... 49 Tabla 3. 3 Características generales del módulo 1769-IQ16 ...................................................................................... 50 Tabla 3. 4 Características del módulo de salidas 1769-OW16 .................................................................................. 52 Tabla 3. 5 Características de los contactos a relé del módulo de salida 1769-OW16 ...................................... 52 Tabla 3. 6 Características eléctricas del módulo 1769-ASCII ..................................................................................... 53 Tabla 3. 7 Función de los elementos de la botonera de mando para el PAC ........................................................ 53 Tabla 3. 8 Función de los elementos de la botonera de mando para el módulo POINT I/O ......................... 55 Tabla 3. 9 Características generales del variador PowerFlex40 .............................................................................. 57 Tabla 3. 10 Características específicas de la serie PowerFlex40 .............................................................................. 57 Tabla 3. 11 Función de los LEDs de visualización ........................................................................................................... 58 Tabla 3. 12 Funciones del teclado ......................................................................................................................................... 59 Tabla 3. 13 Menú de visualización en la pantalla alfanumérica ................................................................................ 59 Tabla 3. 14 Designación de terminales de salida a relé del variador PowerFlex40 ......................................... 61 Tabla 3. 15 Designación de salida analógica de 0-10V y SRC/SNK .......................................................................... 61 Tabla 3. 16 Designación de terminales de control del variador PowerFlex40 ................................................... 61 Tabla 3. 17 Componentes de la botonera de mando del variador PowerFlex40 ............................................... 63 Tabla 3. 18 Módulos de entradas y salidas digitales ...................................................................................................... 64 Tabla 3. 19 Módulo de salidas analógicas .......................................................................................................................... 65 Tabla 3. 20 Características del relé de control MCR ..................................................................................................... 65 Tabla 3. 21 Características de la fuente de alimentación 1606-XLE ....................................................................... 66 Tabla 3. 22 Características del contactor auxiliar K1 .................................................................................................... 66 Tabla 3. 23 Características del interruptor termomagnético IT2 ............................................................................ 67 Tabla 3. 24 Características del interruptor termomagnético IT3 e IT4 ................................................................. 68 Tabla 3. 25 Características del guardamotor IT1 ............................................................................................................ 69

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Tabla 3. 26 Características técnicas del switch ST3108S ............................................................................................ 69 Tabla 3. 27 Características de las clemas para L1’, L2’, L3’, CL(+) y CL(-) ............................................................ 70 Tabla 3. 28 Características de las clemas para DC COM 1, DC COM 2, VCA-VCD 1 y VCA-VCD 2................. 71 Tabla 3. 29 Clemas de control para CL1…CL36 ............................................................................................................... 71 Tabla 3. 30 Características de las clemas de alimentación para T1’, T2’ y T3’ ................................................... 72 Tabla 3. 31 Características de las clemas de dos pisos con conexión a tierra ..................................................... 72 Tabla 3. 32 Características de las clemas porta fusible para CL-28…CL-36 ........................................................ 73 Tabla 3. 33 Desperfectos de la banda transportadora .................................................................................................. 92

CAPÍTULO IV Tabla 4. 1 Configuración Protocolo Ethernet/IP ............................................................................................................. 99 Tabla 4. 2 Confirmación de Direcciones IP ...................................................................................................................... 102 Tabla 4. 3 Módulos CompactLogix L32E ........................................................................................................................... 107 Tabla 4. 4 Módulos Point I/O 1734 – AENT .................................................................................................................... 110 Tabla 4. 5 Tabla de parámetros para control del variador por Keypad .............................................................. 120 Tabla 4. 6 Tabla de parámetros para control del variador por botonera de mando ...................................... 121 Tabla 4. 7 Tabla de Verdad de Frecuencias Preestablecidas .................................................................................... 122 Tabla 4. 8 Tabla de parámetros para control del variador por comunicación Ethernet y HMI ................. 124 Tabla 4. 9 Función del bloque SBR en la subrutina Control_Ethernet .................................................................. 126 Tabla 4. 10 Función de la subrutina Control_Salidas_PAC ........................................................................................ 126 Tabla 4. 11 Tabla de parámetros para control del variador por salidas del PAC y HMI ............................... 127 Tabla 4. 12 Función del bloque SBR en la subrutina Salidas_PAC ......................................................................... 128 Tabla 4. 13 Función de la subrutina Control_Salidas_PAC ........................................................................................ 129

CAPÍTULO V Tabla 5. 1 Descripción de los elementos del display MENÚ ..................................................................................... 134 Tabla 5. 2 Descripción de los elementos del display Ethernet ................................................................................ 135 Tabla 5. 3 Descripción de los elementos del display Salidas_de_PAC ................................................................... 138

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BIBLIOGRAFÍA Y ANEXOS

[a] Pérez Cazares Mariel, Pérez Cazares Susana, Salas Cortez Beatriz. “CONTROL DE UNA BANDA TRANSPORTADORA CON PLC SIEMENS S7-200”, ESIME Culhuacan, REG FNS51220 05/07/2007. [b] Alejandro Gallegos Mares. “DISEÑO DE UNA INTERFAZ GRÁFICA PARA EL CONTROL DE UNA BANDA TRANSPORTADORA”, ESIME Zacatenco, 08/11/2012. [c] Jonathan Israel García Ruíz, Jordi Alejandro Lorenzana Sánchez, Raúl Ricardo Salinas Juárez. “IMPLEMENTAR UNA RED DEVICENET PARA LA AUTOMATIZACIÓN DE UN SISTEMA DE BANDAS TRANSPORTADORAS”, ESIME Zacatenco 10/02/2014. [1] 8 Port Fast Ethernet Switch ST31108S. (s.f.). Netis Systems Co. [2] Barajas, S. (08 de Diciembre de 2001). Curso de Protocolos TCP/IP. Obtenido de http://www.saulo.net/pub/tcpip/index.html#1. [3] Comunicaciones Industriales. (18 de Abril de 2003). Oviedo: Ingeniería de Sistemas y Automática. [4] Controlador Logico Programable (PLC). (s.f.). Capacitacion 061 . Wilde, Buenos Aires, Argentina: Automatizacion Micromecánica. [5] Guia de Inicio Rapido del Variador de CA de Frecuencia Ajustable PowerFlex Allen Bradley. (Diciembre de 2008). 22B-QS001F-ES-P . Rockwell Automatizacion. [6] Guia de Selección de Variadores de Bajo Voltaje PowerFlex40 Allen Bradley. (Mayo de 2010). PFLEX-SG002C ES-P . Rockwell Automatizacion. [7] Guia de Seleccion POINT I/O. (Mayo de 2006). 1734-SG001C-ES-P . Rockwell Automatizacion. [8] Guia de Selección Sistema CompactLogix Allen Bradley. (Enero de 2012). 1769 SG001N ES-P . Rockwell Automatizacion. [9] Manual Compact 1769-IQ16 Módulo de Entradas 24 Vcc Drenador/Surtidor. (Enero de 1999). 1769-5.3ES . Rockwell Automatización.

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[10] Manual de Instrucciones de Instalacion del Módulo de Salida de Relé de CA/CC de 16 Puntos Allen Bradley. (Diciembre de 2001). 1769 IN062A ES-P . Rockwell Automatización. [11] Manual de Instrucciones de instalación POINT I/O. (Agosto de 2000). 1734-IN510B-ES-P . Rockwell Automatización. [12] Manual del Usuario de los Controladores CompactLogix 1769 Allen Bradley. (Febrero de 2013). 1769 UM011I ES-P . Rockwell Automatización. [13] PACs para Control Industrial, e. F. (23 de Octubre de 2012). National Instruments. Recuperado el 2013, de http://www.ni.com/white-paper/3755/es/ [14] Quiroz, J. H. (marzo 2006). Hacia un Concepto Moderno de la Automatización Industrial. Electro Industria . [15] Variadores de Frecuencia. (s.f.). Universidad Tecnológica Nacional . Avellaneda, Argentina: http://www.fra.utn.edu.ar/.

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ANEXO 1: GLOSARIO Conexión Drenador – La entrada se activa cuando VCC (+) se aplica a la terminal de entrada. La fuente de alimentación eléctrica VCC (–) se conecta a la terminal COM Conexión Surtidor - La entrada se activa cuando VCC (-) se aplica a la terminal de entrada. La fuente de alimentación eléctrica VCC (+) se conecta a la terminal COM EEPROM, PROM – Electrically Erasable Programmable Read Only Memory; ROM Programable y Borrada Eléctricamente HMI - Human Machine Interface; Interface Hombre Maquina IP - Industrial Protocol; Protocolo Industrial Keypad - Teclado numérico Maquinar - Dar forma o modelar una pieza empleando una máquina (torno, fresa, CNC, etc) MAC - Media Access Control; dirección física o dirección hardware, que identifica físicamente a un elemento del hardware Nylamid - Familia de las poliamidas (PA) Nylon. Es el polímero más utilizado en la industria pues entre sus cualidades están: gran resistencia al desgaste, buenas propiedades mecánicas y eléctricas, balance ideal de resistencia y tenacidad, normatividad higiénica, autolubricidad y resistencia térmica PAC Programmable Automation Controller; Controlador de Automatización Programable PLC - Programmable Logic Controller; Controlador Lógico Programable RAM – Random Access Memory; Memoria de Acceso Aleatorio RC – Circuito formado por un resistor y un capacitor ROM – Read Only Memory; Memoria de Solo Lectura VCA - Voltaje de Corriente Alterna VCC (+) – Voltaje de alimentación, polo positivo VCC (-) – Voltaje de alimentación, polo negativo VCD - Voltaje de Corriente Directa

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ANEXO 2: DATOS TÉCNICOS DEL MOTOR TRIFÁSICO DE INDUCCIÓN

BROOK HANSEN

TYPE D715K-T72203

Hz60 3F 192W203N-

KW 0.43 AC1

V 220-277Δ 440-480Y

A 2.0–2.15/1.15-1.25

r/min 1720

RISE B IP54

ANEXO 3: CÁLCULOS PARA OBTENER LA RELACIÓN DEL REDUCTOR Y LA VELOCIDAD DE LA CADENA DE LA BANDA TRANSPORTADORA Se tiene un motor trifásico de inducción cuya velocidad nominal es de 1720 rpm, El diámetro de los rodillos de la cadena transportadora es de 9 cm, Distancia que recorre cada rodillo al girar una vez:

Velocidad de la cadena usando como dato la velocidad nominal del motor

Relación del reductor para una velocidad ideal de la cadena

Velocidad ideal del motor

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Relación del reductor

Por motivos de fabricación, el reductor empleado tiene una relación de 30:1.