Plc variador de velocidad ing k-nt

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE CAMPECHE

Ingeniería en Mecatrónica

ALUMNO:

EDGAR PÉREZ CANTE

PROFESOR:

EDUARDO BOCANEGRA MOO

GRADO Y GRUPO:

10 A

TEMA:

INVESTIGACIÓN

FECHA DE ENTREGA

7/10/2016



Configuración y comunicación del PLC con controladores PID de procesos

industriales de diferente variables de control de lazo cerrado

Visión general de la tarea de automatización

La tarea de automatización consiste en configurar un bucle de control para influir

en los parámetros físicos en un proceso técnico, el bucle de control consta de los

siguientes elementos:

"PID_Compact" como el controlador

Procesos técnicos simulados como sistema controlado

Descripción de la tarea de automatización

La aplicación debe cumplir los siguientes requisitos:

Configuración y configuración del controlador de software (bloque

"PID_Compact") debe ser explicado.

Se deben mostrar las opciones para optimizar el "PID_Compact".

El proceso de control debe ser operado y monitoreado vía HMI.



Solución

Descripción general

Monitor: La siguiente figura muestra un resumen esquemático de los componentes

más importantes la solución

Dentro de un lazo de control (aquí el sistema controlado PT1), el "PID_Compact"

el objeto de tecnología detecta continuamente el valor real medido y compara este

valor al valor de consigna (especificado a través de la HMI). A partir de la

desviación de control resultante, el controlador calcula un valor de salida que

permite que el valor real alcance el valor de consigna tan rápido y estable como

posible.

El valor de salida del controlador PID consta de tres valores:

término P: El P-término del valor de salida aumenta proporcionalmente a la

desviación de control.



término: El término I del valor de salida aumenta hasta que se compensa la

desviación de control.

término D: El término D aumenta con la velocidad de modificación creciente

de la desviación de control. El valor real se adapta al valor de consigna lo

más rápidamente posible. Si el la velocidad de modificación de la

desviación de control disminuye de nuevo, el término D también

disminuyen.

La instrucción "PID_Compact" calcula automáticamente los parámetros P, I y D

para su sistema controlado. Los parámetros pueden ser optimizados a través del

ajuste fino. No es necesario determinar manualmente el parámetro.

Descripción de la funcionalidad básica

La funcionalidad principal de la aplicación es la operación de la "PID_Compact"

tecnología a través del HMI.

Descripción y descripción de la interfaz de usuario



La aplicación se opera a través de las siguientes 6 pantallas:

Vista de tendencias

Afinación

Supervisión

Alarma ver

Configuración

Simulación

El funcionamiento de las interfaces de usuario se describirá en detalle en el

documento.

Ventajas de esta solución

La aplicación le permite utilizar cualquier opción de configuración y puesta en

marcha a través de un panel de operador KTP 900 Basic PN de 2ª Generación a

través del HMI simulación integrada en WinCC V13.

Esta aplicación ofrece las siguientes ventajas:

Cambio entre modo automático y manual

Curvas de tendencia de consigna, valor real y variable manipulada

Cambio entre el sistema controlado real y la simulación

Control del valor de perturbación en el modo de simulación

Especificación del comportamiento en caso de errores y su simulación

Especificación manual de parámetros de control y sintonización automática

Supervisión en línea del bloque de controlador "PID_Compact"

Modificación de la configuración durante el tiempo de ejecución



Componentes de hardware y software

Validez

Esta aplicación es válida para

STEP 7 V13 o superior

S7-1200 CPU Firmware V4.0 o superior

"PID_Compact" Objeto de tecnología V2.2

Componentes utilizados

La aplicación se creó con los siguientes componentes:

Componentes de hardware



Componentes de software

Función de los Mecanismos

Información general

La siguiente figura muestra la secuencia de llamadas de bloque en la unidad de

control de la aplicación proyecto.

La parte del proyecto de control consta de los bloques de organización:

Principal [OB1], desde donde se llama la función para la transferencia HMI



Interrupción cíclica [OB200], que llama cíclicamente al controlador

compacto cada 100 milisegundos a través de los bloques de simulación.

Los parámetros se transfieren entre las funciones con bloques de datos de

instancia:

PID_Compact_1 [DB1130]

PROG_C_DB [DB100]

Así como los bloques de datos:

Etiquetas [DB1] (contiene todas las etiquetas no requeridas para la

simulación del control sistema)

Simulation_tags [DB2] (contiene todas las etiquetas necesarias para la

simulación del

Sistema controlado).

Principales [OB1]

La función para la transferencia HMI se llama desde el bloque de organización

"Principal".

HMI [FC1]

La función "HMI" define las etiquetas que el panel del operador requiere para la

pantalla animación de objetos y elementos. Otras descripciones están disponibles

en los encabezados de la red.



Interrupción cíclica [OB200]

El programa real (la llamada del controlador compacto "PID_Compact") tiene lugar

en el OB de alarma cíclica, ya que los controles de software discretos deben ser

para optimizar la calidad del controlador. 100ms se establecieron como un

intervalo de tiempo constante para el tiempo de exploración de OB200.

Reseña del programa

Todo el circuito de control simulado se calcula en el OB de alarma cíclica.

Explicaciones de configuración

La función "Switch" le permite cambiar entre un sistema controlado real

(Evaluación de la señal a través de la periferia de control) o una simulación del

control sistema.

Las señales seleccionadas se transfieren entonces al controlador compacto

"PID_Compact" como parámetros de entrada. A partir de la desviación de control =



consigna - valor real, dependiendo de los parámetros PID, el controlador compacto

calcula el que se transfiere como una señal modulada en anchura de impulso a la

salidas de control de E / S analógicas o digitales.

La variable manipulada se transfiere al bloque "PROG_C" como un punto flotante

número. El bloque "PROG_C" simula un comportamiento del sistema PT1 y emite

el valor como un número de punto flotante, que se convierte en un valor analógico

a través de "Scale_Real2Int".

En la simulación de errores, el valor real se sobrescribe con el valor incorrecto (-

32768) y se transfiere a la entrada analógica simulada "Input_PER_simulated" de

El bloque "Switch". Además, el valor analógico simulado se convierte en el punto

flotante correspondiente número para la entrada "Input_simulated" a través de

"Scale_Int2Real".

Interruptor [FC5]

La función "Switch" se utiliza para conmutar entre la evaluación de la señal a

través del E / S de control y las señales de entrada simuladas calculadas para

controlador compacto "PID_Compact".




Nota: Todas las entradas deben ser asignadas (incluso si algunas no son

necesarias debido al controlador configuración).

PID_Compact [FB1130]

STEP 7 V13 proporciona el objeto de tecnología "PID_Compact" versión 2.2 con el

instalación.

Este bloque funcional fue especialmente desarrollado para el control de

actuadores que actúan proporcionalmente




El controlador "PID_Compact" se llama en la "Interrupción Cíclica" (OB200).

Encontrará el bloque de datos de instancia DB1130 para "PID_Compact" en la

objetos "carpeta: Se puede abrir con el botón derecho del ratón -> "Abrir editor

DB". Aparte de las entradas y salidas, la aplicación también accede a las etiquetas

estáticas de "PID_Compact_1".



Simulación [FC2]

Desde la función "Simulación", todas las funciones necesarias para simular la se

denominan:

PROC_C [FB100]

Scale_Real2Int [FC3]

Scale_Int2Real [FC4]

La "Simulación" se llama en la misma interrupción cíclica que el "PID_Compact"

controlador compacto.



PROC_C [FB100]

El bloque de función "PROC_C" simula el comportamiento continuo de un PT3

controlado sistema.




El cálculo del valor de salida se basa en la siguiente fórmula:

En esta aplicación, el bloque de simulación del sistema controlado "PROC_C" está

diseñado como controlado PT1 con un retardo de 3 segundos ( "TimeLag2" y

"TimeLag3" están deshabilitados).

Escala_ Real2Int [FC3]

La función "Scale_Real2Int" se utiliza para la conversión lineal de un punto flotante

(Tipo de datos: Real) en un valor analógico (tipo de datos: Int) dentro de un valor

predefinido fronteras.



Los límites de salida especificados "Int_max" y "Int_min" fueron definidos

intencionalmente como "Real", para garantizar la compatibilidad con los límites

especificados en el bloque de datos de instancia "PID_Compact". La conversión

de la salida del sistema controlado en un valor analógico es Capaz de simular el

comportamiento en caso de error. Para un sistema controlado real, se produce un

error si falla el sensor de valor real (e.g. Debido a la rotura del alambre).

En la simulación esto se consigue sobrescribiendo el valor real analógico con una

fuera del rango de medición (-32768)

Scale_Int2Real [FC3]

La función "Scale_Int2Real" se utiliza para la conversión lineal de un valor

analógico (Tipo de datos: Int) en un número de punto flotante (tipo de datos: Real)

dentro de predefinido fronteras.



Nota: Los límites de entrada especificados "Int_max" y "Int_min" fueron definidos

intencionalmente como "Real", para garantizar la compatibilidad con los límites

especificados en el bloque de datos de instancia "PID_Compact"

Conversión del valor real analógico simulado en el punto flotante simulado el valor

real es necesario para poder simular el comportamiento en el caso de un error

incluso si se selecciona el valor real "input". Por lo tanto, incluso si se selecciona el

valor real "Entrada", la sobrescritura del se aplicará el valor actual con el valor -

32768 en caso de error.

Instalación y puesta en marcha

Adaptación del hardware

Esta aplicación se ha realizado con una CPU del producto SIMATIC S7-1200

familia. Cada CPU S7-1200 tiene 2 entradas analógicas integradas para la tensión

de recepción señales de 0 a 10 V. Dependiendo del diseño del actuador

seleccionado, la configuración de hardware de su S7-1200 puede necesitar

ajustes. Las opciones de configuración del S7-1200 para el funcionamiento del

compacto "PID_Compact" controlador se presentan a continuación.

Señal de entrada

La variable controlada se adquiere como un número de punto flotante adaptado

"Input" o como un valor analógico de las entradas / salidas "Input_PER". El

"PID_Compact" ofrece la conversión del valor analógico en la unidad física en la



pantalla de configuración. A continuación se enumeran los módulos para la

adquisición de valores analógicos.

Adquisición de variables controladas

Adquisición de variables controladas (temperatura)

Adaptación de hardware



Señal de salida

El controlador "PID_Compact" proporciona el control del actuador a través de un

convertidor analógico salida o mediante una salida digital modulada en anchura de

impulso.

Salidas analógicas

Salidas digitales

Dependiendo del consumo de energía de su control digital de válvulas, puede

elegir entre controladores S7-1200 con salidas de transistor o de relé:

SB = placa de señal (cada CPU tiene una ranura para una placa de señal)

SM = módulo de señal

se pueden conectar hasta 2 módulos de señal a la CPU 1212C

Se pueden conectar hasta 8 módulos de señal a la CPU 1214C / 1215C /

1217C.

Más información sobre la selección y el cableado de los componentes



Disponible en el capítulo A "Especificaciones técnicas" del manual S7-1200 (\ 3 \).

Instalación de hardware

La figura siguiente muestra la configuración de hardware de la aplicación.

Instalación del hardware



Guía de configuración

Ajuste de la configuración del dispositivo

Transferencia de direcciones de E / S

Dependiendo de la configuración modificada, las direcciones de entrada o el

hardware agregado deben ser transferidas al programa. Esto se ilustra usando

una placa de señal 1232 AQ 1x12 bit como ejemplo:



Configuración del controlador PID

La configuración del objeto tecnológico "PID_Compact" define la función principio

del controlador compacto. Los ajustes realizados determinan los valores iniciales

utilizados por el controlador PID cuando reiniciar después de un arranque en frío o

en caliente (por ejemplo, fallo de alimentación).



Nota: Cualquier cambio de los valores iniciales de un bloque de datos sólo se

aplicará como valores con la siguiente transición STOP / RUN (no con tipos de

datos retentivos).

Puesta en marcha del controlador compacto

En el editor de puesta en servicio, configure el controlador compacto para durante

el arranque y para el ajuste automático durante el funcionamiento. Los ajustes

realizados determinan los valores iniciales utilizados por el controlador PID cuando

reiniciar después de un arranque en frío o en caliente (por ejemplo, fallo de

alimentación).



Nota: Los parámetros PID se almacenan de forma remanente en el bloque de

datos de controlador compacto "PID_Compact". Durante un arranque en caliente

(energía restaurada) los últimos valores procesados permanecen. Los valores de

arranque sólo se cargan durante el arranque en frío (transferencia del proyecto en

STOP o restablecimiento de memoria a través de MRES).

Parte del proyecto HMI

Configuración del HMI

Si el KTP900 Basic se utiliza como un panel de operador, la dirección IP

específica del proyecto.



Carga de la parte del proyecto HMI en el KTP900 Basic

Para la transferencia, conecte su PG / PC al HMI directamente o utilizando el

CSM1277.



Inicio del tiempo de ejecución del PC

Para usar la PG / PC como un panel de operador, inicie el tiempo de ejecución de

la PC de la siguiente manera:

Cconfiguración y comunicación del PLC con variadores de frecuencia en

lazo cerrado desde el PLC

Control de un motor de inducción usando un variador de frecuencia

En este proyecto se describe como controlar un motor asíncrono usando un

variador de frecuencia, y además, como controlar ese variador de frecuencia

mediante un PLC. Los equipos usados son PLC S7-300 de Siemens y variador de

frecuencia Micromaster 420 de Siemens.

Los motores son ampliamente utilizados en la industria moderna, especialmente

los motores eléctricos, debido a sus buenas características de rendimiento y a su

baja contaminación (aspecto que se tiene muy en cuenta en nuestros días).

Además estos motores suelen trabajar a velocidades variables para obtener la

máxima productividad en cada momento así como un importante ahorro

energético. Por lo tanto es necesario un control riguroso de la velocidad para este

tipo de máquinas, entre las que cabe destacar cintas transportadoras, bombas,

ventiladores, ascensores.



Para realizar este control se usa el variador de frecuencia (también llamado

variador de velocidad o inversor), un equipo totalmente extendido en la industria.

Podemos hacer uso de un PLC que trabaje con el variador de frecuencia o actuar

directamente con él. En el mercado dispone de muchos fabricantes y modelos

para poder adaptar nuestro variador de frecuencia a las exigencias de la

aplicación.

VARIADOR DE FRECUENCIA

En este apartado se describe en forma general un variador de frecuencia, así

como sus posibles aplicaciones en distintos campos de la industria. Además el

variador de frecuencia que se menciona aquí es un Micromaster 420 de Siemens,

por ser un equipo de propósito general muy usado en nuestros días y de fácil

instalación y manejo.

¿Qué es un variador de frecuencia?

Podemos definir un variador de frecuencia como un dispositivo electrónico capaz

de controlar completamente motores eléctricos de inducción por medio del control

de la frecuencia de alimentación suministrada. Cómo ya hablamos en el capítulo

anterior, este equipo se centra en el control de la velocidad del motor variando la

frecuencia de la tensión de alimentación. En las siguientes imágenes podemos ver

varios modelos que se comercializan actualmente.



Figura 1 Variador de velocidades

Para comprender un poco mejor el funcionamiento de este equipo, vamos a

describir los bloques que lo componen así como sus topologías típicas.

Esquema de un variador de frecuencia El diagrama de bloques de un variador de

frecuencia es:

Variador de velocidad.

Un variador de c.a.. es un dispositivo utilizado para

controlar la velocidad de rotación de un motor de c.a. o

de inducción. Este tipo de motores también se conocen

como motores asíncronos o en jaula de ardilla.

El variador de velocidad se coloca entre la red y el motor.

El variador recibe la tensión de red a la frecuencia de red

(50Hz) y tras convertirla y después ondularla produce

una tensión con frecuencia variable. La velocidad de un

motor va prácticamente proporcional a la frecuencia.

Además de cambiar la frecuencia, el variador también

varía el voltaje aplicado al motor para asegurar que existe el par necesario en el

eje del motor sin que surjan problemas de sobrecalentamiento.



El manejo y control de las variables en un equipo de regulación de frecuencia

pueden ser realizados de varias maneras. El método más simple de realizarlo, en

cuanto a conexionado, es el denominado modo local. Se realiza de forma manual

mediante el correspondiente panel de control incorporado en el propio variador. En

la figura se pueden observar paneles de control de diferentes variadores

comerciales.

Figura 2 Paneles de control de tres variadores de frecuencia.

Este tipo de control es adecuado para una aplicación en la que no haya necesidad

de modificar los parámetros del variador de modo frecuente: se ajustan los valores

de acuerdo con el proceso a controlar, y no es necesario modificarlos salvo

desajustes de dicho proceso. No obstantes, las aplicaciones de este tipo son

minoría entre las que emplean variador, cuya gran ventaja es precisamente la de

posibilitar variaciones de velocidad. El variador también se puede controlar en

modo remoto. Es adecuado para aplicaciones en los que los cambios de variables

del variador se realizan frecuentemente durante el proceso. Dichos cambios

pueden realizarse por parte del propio operario (mediante potenciómetros,

interruptores, selectores rotativos o BCD, etc.). Sin embargo, la situación más

común es que los parámetros del variador los establezca el equipo de control y

supervisión del proceso, al que está conectado el variador de frecuencia:

reguladores de tensión y/o corriente, finales de carrera, pantallas de operador,

etc., o incluso un ordenador personal y/o PLC. Para el caso de estos controles

remotos, la comunicación se puede realizar de dos modos:



Mediante un número determinado de conductores, que depende de los elementos

que se tengan conectados al variador de frecuencia, por el que se transmiten

señales digitales (finales de carrera, interruptores, salidas digitales de un PLC), o

analógicas (potenciómetro, salida analógica de un PLC):

Mediante un bus de comunicaciones industriales (de 2 o 4 hilos), sobre el que se

transmiten mensajes de ajuste de parámetros siguiendo un protocolo

preestablecido (Modbus, CanBus, ProfiBus, EtherCat, etc.). Con 2 conductores la

comunicación se hace más lenta (modo semidúplex), pero lógicamente representa

un menor coste.

El equipo de control que regula el variador es, en la mayoría de los casos, un PLC.

El conexionado del PLC con el proceso y otros elementos de control, a semejanza

del variador, se puede realizar asimismo mediante conexiones punto a punto, o

través de buses de comunicaciones industriales. Este trabajo tiene como finalidad

el análisis de ambas vías de transferencia de datos, mediante el citado bus de

datos o con la instalación de múltiples conductores de interconexión.

Rectificador

La función del rectificador es convertir la señal de voltaje de alimentación de CA a

CD y controlar el voltaje que llega al inversor. Los más usados son:



Vemos que cada tipo de rectificador tiene diferentes características y posibilidades

a la hora de usar el inversor posteriormente. En la actualidad el rectificador más

usado es el puente de diodos aunque también podemos encontrar los

rectificadores controlados en algunos equipos más complejos. Entre el rectificador

y el inversor se usa un bus de continua, que no es más que un circuito LC, para

almacenar y filtrar la señal rectificada y así obtener un valor de tensión continua

estable.

Inversor

Transforma la tensión continua que recibe del bus de continua en otra tensión y

frecuencia variables usando pulsos. Vamos a describir los dos inversores más

usados.

Inversor de seis pasos

Para variar la frecuencia de la señal de alimentación al motor se ajusta el tiempo

de conducción de los SCR´s para cada uno de los seis pasos, modificando el

tiempo de ciclo.

Cuando se usan SCR’s en el inversor, se utilizan circuitos complejos de

conmutación que no se muestran en la figura y que incluye la lógica de disparo y

componentes adicionales de potencia para apagarlos. Esta complejidad se reduce



cuando se utilizan IGBT’s (Transistor Bipolar de Puerta Aislada) como

interruptores de potencia, como es el caso del siguiente inversor.

Inversor PWM

El inversor consiste de seis IGBT’s que se encienden y apagan en una secuencia

tal que producen un voltaje en forma de pulsos cuadrados que alimentan al motor.

Para variar la frecuencia del motor, el número de pulsos y su ancho se ajustan

resultando en un tiempo de ciclo mayor para bajar la velocidad o tiempo de ciclo

menor para subir la velocidad. Para cada frecuencia específica hay un número

óptimo de pulsos y anchos que producen la menor distorsión armónica en la

corriente que se aproxime a la señal senoidal. Además existe una etapa de control

que es la encargada de activar o desactivar los IGBTs para crear la señal de

salida deseada.

También tiene funciones de vigilancia de un correcto funcionamiento y

monitorización de tensiones, corriente. La frecuencia portadora de los IGBT se

encuentra entre 2 a 16 kHz. Una portadora con alta frecuencia reduce el ruido

acústico del motor pero disminuye el rendimiento. Por otra parte, los IGBT´s

generan mayor calor. Las señales de control para arranque, parada y variación de



velocidad están aisladas galvánicamente para evitar daños en sensores o

controles y evitar ruidos en la etapa de control.

Selección del variador óptimo y recomendaciones

Tenemos a nuestra disposición una gran cantidad de modelos de variadores y

debemos elegir el adecuado para cada proceso. Además de las características del

motor, también debemos de tener en cuenta ciertos factores externos a la hora de

la selección. Esto es importante para obtener el mejor rendimiento al realizar la

tarea y no desaprovechar recursos.

Por tanto, debemos considerar al menos los siguientes factores:

Características del motor: Corriente y potencia nominal, rango de tensiones,

factor de potencia, velocidad máxima…

Tipo de carga: Par constante, Par variable, Potencia constante…

Par en el aranque: Asegurar que no supera lo permitido por el variador. A veces

es necesario sobredimensionar el variador por esta circunstancia.

Frenado regenerativo: Cargas de gran inercia, ciclos rápidos y movimientos

verticales requieren de resistencia de frenado exterior.

Condiciones ambientales: Temperatura ambiente, humedad, altura, tipo de

gabinete y ventilación.

Aplicación multimotor: Prever protección térmica individual para cada motor. La

suma de las potencias de todos los motores será la nominal del variador.

Además es recomendable añadir un circuito adicional para usar correctamente el

variador y tener un buen nivel de protección. Ese circuito debe constar de al

menos:

Interruptor automático: Su elección está determinada por la corriente nominal

del variador si se tiene inductacia de línea, o por la corriente de línea si no se



tiene. La corriente de línea corresponde a la corriente absorbida por el variador a

la potencia nominal de utilización, en una red de impedancia que limite la

corriente de cortocircuito a:

12kA para una tensión de alimentación de 208 V - 50/60Hz.

22kA para una tensión de alimentación de 230 V - 50/60Hz.

22kA para una tensión de alimentación de 400 V - 50Hz.

65kA para una tensión de alimentación de 460 V - 60Hz.

Figura 3 Interruptor

Contactor de línea: Este elemento garantiza un seccionamiento automático del

circuito en caso de una emergencia o en paradas por fallos. Su uso junto con el

interruptor automático garantiza la protección del variador y facilita las tareas de

puesta en marcha, explotación y mantenimiento. La selección del contactor se

realiza en función de la potencia nominal y de la corriente nominal del motor.

Figura 4 Contacto de linea



Inductancia de línea: Estas inductancias garantizan una mejor protección contra

las sobretensiones de red y reducen el índice de armónicos de corriente que

produce el variador. La inductancia de línea está especialmente recomendada en

los siguientes casos:

Red muy perturbada por otros receptores (parásitos, sobretensiones…).

Red de alimentación con desequilibrio de tensión entre fases mayor al 1.8%

de la tensión nominal.

Instalación de un número elevado de variadores de frecuencia en la misma

línea.

La selección de la inductancia de línea se hace de acuerdo a la corriente nominal

del variador y su frecuencia de conmutación. Existen inductancias estándar para

cada variador.

Figura 5 Inductancia de línea

Filtro de radio perturbaciones: Estos filtros permiten limitar la propagación de

los parásitos que generan los variadores por conducción, y que podrían perturbar

a determinados receptores situados en las proximidades del aparato (radio,

televisión, sistemas de audio…). Existen filtros estándar para cada tipo de variador

y algunos variadores los traen incorporados de origen, por lo que no es necesario

instalarlos.



Figura 6 Esquema general de la instalación de un variador de frecuencia

El variador de frecuencia MICROMASTER 420

Introducción

Como ya adelantamos anteriormente, vamos hacer especial hincapié en el

variador Micromaster 420 de Siemens. La gama de modelos disponible abarca

desde entrada monofásica de 120W a entrada trífásica de 11kW. Usan

microprocesadores para su control así como IGBT´s para general su señal de

salida con modulación PWM.

Tiene diferentes opciones para una comunicación externa, como el PC, distintos

paneles y Profibus. Además posee una extensa lista de parámetros por lo que

podemos usarlo en aplicaciones simples o para aplicaciones de control de motores

más avanzadas.



También incorpora medidas de protección para los siguientes casos:

Protección de sobretensión/mínima tensión.

Protección de sobretemperatura para el convertidor.

Protección de defecto a tierra.

Protección de cortocircuito.

Protección térmica del motor por I2t.

Datos técnicos

Antes de comenzar a trabajar con el equipo debemos ver sus especificaciones

técnicas, obtenidas del catálogo de Siemens.

.



Esquema de bloques de un Micromaster 420



Instalación

Dimensiones

En las siguientes imágenes podemos ver las dimensiones de los tres modelos de

la gama Micromaster 420:



Además debemos considerar la instalación eléctrica recomendada en el cuadro

anterior ya que a la hora de elegir la zona donde situaremos los equipos, ya que

debe haber espacio suficiente para poder trabajar cómodamente con ellos.

Bornes

Para poder acceder a los bornes de red y del motor debemos retirar la tapa trasera

del variador. En la parte inferior se encontrarán los bornes del motor y en la

superior el resto. Los bornes del motor serán:

La instalación general se hará siguiendo el siguiente esquema:



Se indentifican fácilmente las líneas de alimentación que llegan al variador (L1, L2

y L3) y las que llegan luego al motor (U, V, W).

A continuación se detalla el resto de bornes, con su significado y sus

características:

Formas de evitar interferencias electromagnéticas (EMI)

Estos variadores están diseñados para trabajar en entornor con grandes

interferencias electromagnéticas, aunque siempre es bueno seguir unas directrices

para minimizar estas perturbaciones:

Asegurarse de conectar todos los aparatos del armario a tierra.

Conectar el equipo de control (PLC), unido al variador, al mismo punto de

tierra.

Conectar la tierra de los motores controlados por el variador directamente a

la conexión de tierra (PE) del variador asociado.

Es preferible utilizar conductores planos, ya que tienen menor impedancia a

altas frecuencias.



Terminar de forma limpia los extremos de los cables, asegurándose de que

los hilos no apantallados sean lo más cortos posibles.

Módulos de comunicación

Para ciertas aplicaciones se requiere hacer uso de protocolos de comunicación

que no están incluidos de serie, para comunicar el variador con un PLC que lo

controle. Los tres módulos de comunicación más usados son:

Módulo Profibus

Nos proporciona una comunicación usando el bus de campo PROFIBUS.

Podemos tener un acceso cíclico a los parámetros del convertidor y a datos de

proceso. Soporta velocidades de 9,6 kBaud hasta 12 MBaud. El módulo

PROFIBUS puede alimentarse externamente con DC 24 V, con lo que permanece

activo, incluso si el convertidor no está conectado a la red.



El estándar PROFIBUS recoge cinco diferentes tecnologías de transmisión, que

son identificadas como:

RS-485. Utiliza un par de cobre trenzado apantallado, y permite velocidades

entre 9.6 kbit/s y 12 Mbit/s.

MBP. Manchester Coding y Bus Powered, es transmisión sincrónica con

una velocidad fija de 31.25 kbit/s.

RS-485 IS. Las versiones IS son intrínsicamente seguras, utilizadas en

zonas peligrosas (explosivas).

MBP IS

Fibra óptica. Incluye versiones de fibra de vidrio multimodo y monomodo,

fibra plástica y fibra HCS. Para usar otro tipo de conexión que no sea RS-

485, debemos usar un acoplador para adaptar las dos conexiones.

Ampliaremos la información sobre comunicación usando el protocolo

PROFIBUS posteriormente, ya que es el modo elegido para comunicar

nuestro PLC con el variador de frecuencia.

Módulo DeviceNet

Para la interconexión en red de los convertidores con el sistema de bus de campo

DeviceNet, muy extendido en el mercado americano. Se alcanzan velocidades de



transmisión de 500 kbaud, como máximo. La conexión al bus DeviceNet se

efectúa a través de un conector de 5 polos enchufable con bornes.

Módulo CANopen

Con el módulo de comunicación CANopen, el convertidor puede conectarse en

una red con el sistema de bus de campo CANopen, lo que permite controlarlo a

distancia. Permite una velocidad de transmision de hasta 1Mbaud. El módulo se

conecta con el sistema de bus mediante un conector tipo sub-D de 9 polos



Parámetros Usamos los parámetros del variador para su configuración y uso.

Existen dos tipos de parámetros, los que empiezan por ‘r’, que son solo de lectura,

y el resto empieza por ‘p’, los cuales podemos configurar y cambiar de valor. Los

parámetros tienen varias características para describirlos:

Número de parámetro: Los números usados son de 4 dígitos del margen de 0000

a 9999. - Nombre del parámetro: Algunos nombres de parámetros incluyen los

siguientes prefijos: BI, BO, CI, CO.

BI: entrada binector, seleccionan la fuente de una señal binaria

BO: salida binector, conecta como una señal binaria

CI: entrada conector, selecciona la fuente de una señal analógica

CO: salida conector, el parámetro conecta como una salida

analógica

EstC: Estado de servicio de los parámetros. Son posibles tres estados:

Servicio: C

Listo para la marcha: U

En marcha: T

Esto indica cuando se pueden cambiar los parámetros. Se pueden especificar uno,

dos o los tres estados.

Grupo-P: Indica el grupo funcional de un parámetro en particular. Sus posibles

valores son: COMMANDS, SETPOINT, ALWAYS, ALARMS, MOTOR.

Tipos de datos: Mostramos los tipos de datos que se utilizan en la siguiente tabla:



AUTÓMATA PROGRAMABLE

El PLC S7-300

Introducción

Podríamos describirlo como un controlador modular para la automatización de

tareas de un rango medio. Entre sus principales características podemos destacar:

Extensa selección de módulos de E/S digitales y analógicos.

Comunicación en red: MPI, PROFIBUS, PROFINET.

Módulos para distintas funciones (conteo de alta velocidad,

posicionamiento, control en lazo cerrado, control de cámara).

Programación modular.

Dentro de la serie S7-300, disponemos de un amplio abanico a la hora de elegir la

CPU apropiada para nuestro trabajo de automatización, cada una de ella con

diferentes características técnicas. Tenemos cuatro grandes tipos de CPU:

Estándar, Compactas, Seguridad y Tecnológicas. Las CPUs estándar mas usadas

son:



CPU 312. Para las soluciones básicas.

CPU 314. Rango medio de E/S.

CPU 315-2 DP / CPU 315-2 PN/DP

Controlador estándar. Aplicaciones en el rango medio de actuación. Interfaces

integradas para PROFINET/Ethernet y PROFIBUS-DP.

CPU 317-2 DP / CPU 317-2 PN/DP

CPU 319-3 PN/DP

Alto rendimiento para el tratamiento de datos. Máximo rango de actuación.

Interfaces integradas para PROFINET/Ethernet y PROFIBUS-DP.

Para obtener todos sus datos técnicos tenemos que ir a la documentación del

fabricante, aunque podemos ver sus principales características en la siguiente

imagen:



Equipo elegido para la instalación

A continuación describiremos los diferentes módulos necesarios para nuestra

aplicación así como sus características técnicas.

Fuente de alimentación PS 307 2A

Esta fuente de alimentación posee una intensidad máxima de salida de 2A con lo

que podremos alimentar los elementos que formaran el autómata programable sin

problemas. Entre otras características podemos destacar:



Precauciones en la instalación de un variador de velocidad.

Al instalar un variador hay que tomar una serie de precauciones que normalmente

se reflejan en los manuales de instalación de los variadores. Destacamos los

siguientes.

Precaución: Instalar un dispositivo de parada de emergencia externo que

posibilite la parada instantánea de la operación y el corte de la alimentación. En

caso de no instalar dicho dispositivo pueden producirse daños en personas.

Precaución: Instalar el convertidor en una superficie vertical de tal forma que los

caracteres de la placa de características queden hacia arriba. Cuando se instale el

convertidor, dejar siempre espacio para permitir la disipación natural del calor del

convertidor.

Precaución: Instalar interruptores automáticos externos y tomar otras medidas de

seguridad contra cortocircuito en el cableado externo. No hacerlo puede provocar

fuego.

Precaución: Verificar que se aprietan correctamente los tornillos del bloque de

terminales para evitar que pueda producirse fuego o daños físicos o materiales.

Precaución: No conectar al revés el variador (confundir la entrada con la salida).

No conectar la fuente de alimentación de c.a. a los terminales de salida U,V ó W,

pues se pueden provocar daños o malfuncionamientos del producto.

Precaución: Respetar las tensiones e instensidades máxima de los equipos de

salida.

Comunicación multipunto

Cuando la envergadura y/o complejidad de los procesos a automatizar aumentan,

se necesitan varios equipos de control de cada tipo de los comentados en

apartados anteriores. También es usual que en los procesos más complejos



intervengan también ordenadores de proceso o simplemente ordenadores de tipo

personal, que sirvan de almacenamiento de datos que permitan gestionar las

variabilidades de las piezas o equipos que se fabrican.

Otra razón, por lo que intervengan ordenadores en el procesos es por la solicitud y

tratamiento de datos para los controles de almacenamiento, de procesos de

fabricación y/o de los sistemas de control de calidad. En estos casos, el volumen

de datos suele ser muy alto, aunque la velocidad de transmisión de los mismos no

requiere una velocidad elevada.

Para este tipo de aplicaciones hay una serie de buses de campo o de

informatización industrial que cumplen adecuadamente este servicio, aunque el

predominante es Ethernet. El montaje y conexionado de este tipo de buses es

similar al anterior, es decir a través de conectares de tipo “RJ” u otros conectores

específicos, según la marque de equipo a conectar, o incluso directamente en

bornero.

En todo caso suelen disponerse de una comunicación a 4 hilos, de forma general.

Los equipos analizados en este trabajo, autómatas programables y variadores de

frecuencia, son también integrables en dichas redes de comunicaciones. Estas

redes soportan la conexión de un número elevado de equipos, bien directamente,

o bien mediante la partición en subredes de tamaño más reducido.

El funcionamiento o gestión de la información suele corresponderle a uno de los

autómatas programables que se instalan en la red. A este equipo se le denomina

“maestro”, y al resto se les denomina “esclavos”, a los que hay que identificar

(normalmente mediante la asignación de un número identificativo). El PLC maestro

es el que gestiona el tráfico de datos de la red, mediante el envío de peticiones a

cada esclavo, o la parametrización simultánea de todos ellos (por ejemplo para

establecer la hora del sistema), en modo “broadcast”. Normalmente lo

ordenadores que participen en el bus suelen utilizarse como elementos de

almacenamiento de datos y/o representación de eventos.



Es muy clásico utilizar un PC donde se tenga instalado y ejecutado un programa

de supervisión y control, del tipo SCADA [6]. Algunas aplicaciones, poco usuales,

solo se comunican un variador de frecuencia y un ordenador personal. En estos

casos el ordenador tiene, o puede tener, la función de parametrización del variador

y representación de las características de funcionamiento, tales como curvas de

carga, rampas de aceleración, control de parada, etc.

Aplicaciones con participación de varios buses con diferentes niveles.

Hay aplicaciones donde se necesita de modo simultáneo una alta velocidad de

transferencia de datos, y además un gran volumen de datos. Para estos casos,

que cada día son más frecuentes se tiene que recurrir a lo que se conoce como

“estructuras de comunicación piramidal”, donde participan buses con todos los

tipos de niveles de comunicación comentados. En el determinado nivel alto de la

comunicación se instalan los ordenadores y al menos un equipo de control

(convencionalmente un autómata programable), que se encarga de gestionar la

comunicación entre los diferentes niveles de comunicación. En la figura, se

representa un esquema con los diferentes tipos de comunicaciones actuales. Hay

una amplia bibliografía referida a cualquier nivel de comunicación ya comentado

incluso de relación entre los diferentes niveles.



Figura 7 Pirámide de comunicación industrial

Plc variador de velocidad ing k-nt

Engineering

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