CAPÍTULO IV IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL 4.1.- INTRODUCCIÓN. En este capítulo se realiza la elección de PLC, antes de efectuar las especificaciones funcionales del proceso se debe realizar la descripción del mismo, luego se realizara la automatización de control del GGE, mediante la aplicación de metodologías que ayudan a resolver el funcionamiento automático. 4.2.- REQUERIMIENTOS PARA LA SELECCIÓN DE UN PLC. Para seleccionar un PLC es necesario considerar ciertos requerimientos que debe cumplir el dispositivo desde el punto de vista del hardware y el software. Número de entradas y salidas. La cantidad de entradas y salidas, dependerán del esquema para el circuito a controlar es decir depende del número de captadores y actuadores que el diseño lo disponga. Tipo de entras y salida : Esto se refiere a que hay que señalar si las entradas son de tipo ON–OFF o son entradas de tipo análogo. Fuente de alimentación. Se debe verificar los niveles de voltaje necesario el cual puede variar desde 220, 110, 24, 12 voltios. Capacidad de memoria. Es importante definirla al momento de realizar el programa, debido a que según el número de instrucciones o largo del programa será la capacidad de memoria a utilizar. Programa fácil de editar. La visualización del programa debe ser editada en una pantalla en forma simple, y en cualquier lenguaje de programación. Poseer una memoria no volátil y de respaldo . Esta memoria de respaldo es importante ya que permite almacenar el programa necesario. Protocolos. Esto se refiere a los diferentes tipos de protocolos necesarios para la comunicación con los dispositivos a interactuar.
4.1.- INTRODUCCIÓN.
En este capítulo se realiza la elección de PLC, antes de efectuar
las
especificaciones funcionales del proceso se debe realizar la
descripción del mismo,
luego se realizara la automatización de control del GGE, mediante
la aplicación de
metodologías que ayudan a resolver el funcionamiento
automático.
4.2.- REQUERIMIENTOS PARA LA SELECCIÓN DE UN PLC.
Para seleccionar un PLC es necesario considerar ciertos
requerimientos que
debe cumplir el dispositivo desde el punto de vista del hardware y
el software.
Número de entradas y salidas. La cantidad de entradas y
salidas, dependerán del
esquema para el circuito a controlar es decir depende del número de
captadores y
actuadores que el diseño lo disponga.
Tipo de entras y salida: Esto se refiere a que hay que señalar si
las entradas son de
tipo ON – OFF o son entradas de tipo análogo.
Fuente de alimentación. Se debe verificar los niveles de voltaje
necesario el cual
puede variar desde 220, 110, 24, 12 voltios.
Capacidad de memoria. Es importante definirla al momento de
realizar el programa,
debido a que según el número de instrucciones o largo del programa
será la capacidad
de memoria a utilizar.
Programa fácil de editar. La visualización del programa debe ser
editada en una
pantalla en forma simple, y en cualquier lenguaje de
programación.
Poseer una memoria no volátil y de respaldo. Esta memoria de
respaldo es
importante ya que permite almacenar el programa necesario.
Protocolos. Esto se refiere a los diferentes tipos de protocolos
necesarios para la
comunicación con los dispositivos a interactuar.
MODULO DE AMPLIACIÓN DM8 12/24.
Este es un dispositivo lógico universal de Siemens el cual puede
ser empleado
en diferentes tipos de operaciones debido a que esta unidad y los
módulos de
ampliación de entradas y salidas permiten una adaptación muy
flexible y precisa a cada
aplicación especial, ofreciendo soluciones que abarcan desde una
pequeña instalación
doméstica hasta labores complejas.
Un equipo LOGO puede ampliar el número de entradas y salidas
únicamente con
módulos de ampliación de la misma clase de tensión. Mediante una
codificación
mecánica (clavijas en la carcasa) se impide que se puedan conectar
entre si dispositivos
de una clase de tensión diferente, este conjunto se lo puede
apreciar en la figura 4.19.
Fig. 4.19. Controlador lógico Siemens LOGO 12-24 RC con módulo de
ampliación
Se puede distinguir el tipo de unidad LOGO mediante un código que
proporciona
información sobre las características que posee cada elemento, tal
como se indica a
continuación en el siguiente listado.
Códigos.
· 230: Versión de 115…240 V.
· R: Salida de relé (sin R), las salidas serán de transistor.
· C. Temporizador semanal integrado.
· DM: Módulo digital.
· AM: Módulo analógico.
4.4.-SOFTWARE LOGO SOFT COMFORT V 5.0.
Para crear un programa de control la unidad lógica programable
Siemens Logo
12/24 RC posee dos probabilidades para elaborar el mismo, la
primera de ellas es
hacerlo desde el panel de manejo que se encuentra en el dispositivo
y la segunda
posibilidad es realizarlo mediante la ayuda de un software de
programación, para
nuestro caso se ha seleccionado la segunda alternativa.
El software compatible con este dispositivo es Logo Soft Comfort
V5.0, este es un
programa muy versátil ya que permite crear, modificar,
simular, probar, guardar e
imprimir programas y establecer de esta manera los sistemas de
automatización de
acuerdo a la necesidad requerida, se debe tomar en cuenta que este
software existe en
diferentes versiones las cuales varían en ciertas modificaciones
pero no presenta
inconveniente alguno por que son compatibles con esta unidad de
control.
4.5.-PROGRAMACIÓN DEL RELÉ LÓGICO PROGRAMABLE
SIEMENS LOGO 12/24 RC.
La sistematización del PLC se realiza mediante un computador que
posea las
características requeridas por el software con el que se creará un
programa que
seguidamente será enviado a la unidad controladora por medio de un
cable de
comunicación.
Logo Soft Comfort tiene capacidad de servidor además proporciona
comodidad y
Para proceder a elaborar un programa en Logo Soft Comfort V 5.0 es
preciso que dicho
software se encuentre instalado en el computador, en el siguiente
resumen se indica el
procedimiento a seguir para instalar el mencionado
programa.
Como primer punto se debe ingresar en el computador la unidad
instaladora del
programa, haciendo doble clic en el icono Setup. exe se
empieza con el proceso de
instalación del software ver figura 4.20
Fig. 4.20 Icono instalador del software Logo Soft Comfort V
5.0.
A continuación se presentara otra pantalla en donde se deberá
escoger el idioma
y se continuara la instalación haciendo clic en el botón OK así
como se muestra en la
figura 4.21.
Seguidamente aparece otra imagen en donde se indica ciertos
parámetros
necesarios que se debe aceptar para poder seguir con la instalación
del software ver
figura 4.22.
Fig. 4.22 Parámetros para continuar la instalación del
software
Cuando todo este proceso haya concluido y el software se encuentre
instalado
en su totalidad, entonces aparecerá una representación gráfica o
icono el cual es
utilizado para identificar el acceso directo al programa Logo Soft
Comfort 5.0 en la
ubicación que se haya seleccionado como acceso directo ver figura
4.23.
Fig. 4.23 Icono para acceso directo al programa.
Una vez que el proceso de instalación del programa, a concluido se
puede
acceder a trabajar con el software, a continuación se indicará cual
es el procedimiento
a seguir para editar un programa y utilizar las herramientas del
sistema en forma
adecuada.
Para empezar la programación se debe ingresar al software haciendo
doble clic en el
icono de acceso directo que se muestra en la figura 4.23, al abrir
el programa se
clic en el botón nuevo y de esta forma empezar a crear algún tipo
de programa, ver
figura 4.24.
Fig. 4.24. Ventana de programación.
En seguida se puede apreciar la pantalla de interfaz de usuario, en
esta ventana
se encuentra las herramientas necesarias para realizar la
programación es decir que en
este espacio se hallan los símbolos y enlaces del programa, tal
como se muestra en la
figura 4.25.
Barra de menús. Esta barra contiene los diferentes comandos
necesarios para editar y
gestionar los programas, aquí se encuentra además las
configuraciones y funciones de
transferencia del programa ver figura 4.26.
FIG. 4.26 Barra de menú.
Barra de herramientas estándar. Esta barra esta acoplada a la barra
de menú y
permite acceder en forma directa a las principales funciones
del software como son
crear un nuevo programa, guardar, imprimir, cortar copiar, etc.,
así como se lo ve en la
figura 4.27.
Fig. 4.27 barra de herramientas estándar.
Ventana de información. Esta ventana permite apreciar los datos e
indicaciones,
además se presentan los módulos LOGO recomendados como posibles
módulos para
un respectivo programa, ver figura 4.28.
Fig. 4.28. Ventana de información.
Barra de estado. En esta barra se indica la información acerca de
la herramienta activa,
el estado del programa, el valor del zoom ajustado, la página
general del esquema y el
dispositivo seleccionado, ver figura 4.29.
Fig. 4.29 barra de estado.
Barra de herramientas-herramientas. Esta barra de herramientas
contiene íconos
que son útiles para la creación y procesamiento de programas, en la
figura 4.30 se puede
apreciar cómo está conformada esta barra.
Fig. 4.30 barra de herramientas.
Herramienta de selección 1 . Este elemento es utilizado para la
selección y
desplazamiento de bloques, textos y líneas de conexión, esta
herramienta se puede
activar pulsando la tecla Esc o haciendo clic en el icono.
Herramienta de conexión 2. Esta herramienta permite conectar las
entradas y
salidas de los bloques ubicados.
Constantes y bornes de conexión 3 . Esta herramienta es
utilizada cuando se
necesita posicionar bloques de entrada, bloques de salida marcas o
constantes en el
entorno de la programación, es decir que al seleccionar esta opción
se despliega otra
barra de herramientas como se ve en la figura 4.31.
Fig. 4.31 Herramientas de los botones constantes y bornes de
conexión.
Entradas: Estos bloques representan los bornes de entrada de
un LOGO, se pueden
utilizar hasta 24 entradas digitales.
Salidas: Estos bloques representan los bornes de salida de un
LOGO, se puede
utilizar hasta 16 salidas.
Entradas analógicas.
Salidas analógicas.
Marca analógica.
Funciones básicas 4. Esta herramienta es útil cuando se necesita
posicionar
elementos de conexión básicos simples del algebra booleana en el
entorno de la
programación por lo que al seleccionar este botón se
desplegará una nueva barra de
herramientas, como se indica en la figura 4.32.
Fig. 4.32. Funciones básicas y barra de herramientas.
Este bloque representa la condición lógica AND, el estado lógico de
la salida de esta
función será 1 o estará conectada siempre que sus entradas también
tengan su estado
lógico en uno.
Este bloque representa la condición lógica AND con evaluación
de flancos.
Este bloque representa la condición lógica NAND.
Este bloque representa la condición lógica NAND con evaluación de
flancos.
Este bloque representa la condición lógica OR, el estado lógico de
la salida de esta
función será 1 si al menos una de sus entradas tiene el valor
lógico 1, es decir está
conectada.
Este bloque representa la condición lógica NOR.
Este bloque representa la condición lógica XOR.
Este bloque representa la condición lógica NOT, donde el estado
lógico de la salida
será 1 si la señal de entrada es 0, es decir en la salida se
invierte el valor lógico que
tenga la entrada.
Funciones especiales 5 . Esta herramienta es útil cuando se
necesita posicionar
funciones adicionales con remanencia o comportamiento de tiempo en
el entorno de la
programación, cuando se selecciona este botón se despliega
una nueva barra de
herramientas, la cual se la puede observar a continuación en la
figura 4.33.
Fig. 4.33. Funciones especiales y barra de herramientas.
Retardo a la conexión: Este bloque tiene la característica de
activar la salida una
vez que ha corrido un espacio de tiempo parametrizable.
Retardo a la desconexión: Este bloque tiene la característica de
poner en cero la
salida una vez que ha corrido un espacio de tiempo
parametrizable.
Retardo a la conexión/desconexión: Este bloque tiene la
característica de activar
la salida una vez transcurrido un determinado tiempo y se pone en
cero la salida una
vez que ha corrido otro espacio de tiempo parametrizable.
Retardo a la conexión memorizada.
Relé de barrido/Salida de impulsos.
Relé de barrido disparo por flanco.
Generador de impulsos asincrónicos.
Interruptor confortable.
Temporizador semanal.
Temporizador anual.
Relé auto-enclavador
Comparador analógico.
Multiplexor analógico.
Herramientas de texto 6 . Esta herramienta permite editar o
modificar texto o
comentarios en torno de la programación.
Tijeras/conector 7 . Esta herramienta permite eliminar y
restablecer conexiones
entre los bloques y restablecer enlaces separados.
Barra de herramientas de simulación 8 . Esta herramienta es
utilizada solo para
simular un programa que haya sido realizado, dicha barra se la
puede apreciar en la
figura 4.34.
4.34 Barra de herramientas de simulación.
Herramientas prueba online 9 . En la prueba online y la
simulación se puede
observar cómo se procesa el programa y como este reacciona a los
diferentes estados
de las entradas.
4.6.- LÓGICA DE CONTROL.
El grupo de emergencia debe seguir una determinada secuencia tanto
para el
momento de arranque como para el momento en que cese su
funcionamiento.
Para lo cual el momento del arranque debe darse cuando se haya
determinado la falla
o carencia de voltaje por parte de la empresa suministradora de la
energía eléctrica,
para lo cual se necesitará de un dispositivo de vigilancia,
el mismo que deberá
transmitir dicha información con cierto tiempo de retardo, esto es
para evitar un
arranque fallido cuando la energía se interrumpe en intervalos muy
breves.
Para el momento de parada del sistema de emergencia primero habrá
que verificarse el
restablecimiento de la energía que provee la Empresa Eléctrica, sin
embargo el grupo
deberá quedar funcionando por determinado tiempo en vacío, luego de
que la carga se
haya transferido a la red principal.
Para el entendimiento de la lógica de control se tiene el siguiente
diagrama en el que
se muestra la secuencia de encendido/apagado y
transferencia/re-transferencia
automática.
4.7.- DESCRIPCIÓN DEL PROCESO.
4.7.1.-MODO OFF.
Estando en el modo Off, el control no permite el arranque del
Grupo
Electrógeno. Si el Grupo Electrógeno ya está funcionando y el
control es puesto en Off,
este inicia una secuencia de corte normal.
4.7.2.- MODO DE FUNCIONAMIENTO MANUAL.
Estando en el modo de Funcionamiento Manual, el Grupo Electrógeno
arranca
y permanece funcionando hasta que sea puesto en el modo Off.
Estando en el modo de
Funcionamiento Manual, cualquier señal de arranque remoto es
ignorada.
4.7.3.- MODO AUTOMÁTICO.
Estando en modo Automático, el Grupo Electrógeno puede arrancar
en
cualquier momento. Cuando una señal de arranque remoto es
recibido.
Si el Grupo Electrógeno está funcionando en modo Automático y el
botón Off es
presionado, el control para inmediatamente el Grupo
Electrógeno y el control pasa para
el modo Off.
Cuando todas las señales de arranque remoto son removidas, el
control ejecuta una
secuencia de corte normal, la cual puede incluir un período de
tiempo de retardo de
arranque.
4.7.4.-MODO DE PARADA DE EMERGENCIA.
Cuando el botón opcional de parada de emergencia es utilizado, el
mismo corta
inmediatamente el grupo electrógeno, ignorando cualquier período de
tiempo de
retardo de parada.
TRANSFERENCIA AUTOMATICO.
El control ejecuta una secuencia de eventos predeterminada cada vez
que se
accione el conmutador de transferencia.
NORMAL A EMERGENCIA.
A continuación se describe la secuencia de eventos en un conmutador
de
transferencia GTEC durante una interrupción de la alimentación
normal (red pública).
Los pasos 1 al 8 describen lo que normalmente sucede cuando el
conmutador de
transferencia se encuentra en la posición normal, se interrumpe la
alimentación de la
red pública y el conmutador se transfiere al punto muerto (ver
anexo 1). Los pasos 9 al
12 describen lo que normalmente sucede cuando el conmutador se
mueve del punto
muerto a la posición de emergencia (ver anexo 2).
1. Mientras el conmutador de transferencia está conectado a la red
pública (posición
normal), la alimentación de la red se interrumpe. La luz piloto de
alimentación de red
pública conectada permanece iluminado, pero la luz piloto de
alimentación de red
pública disponible se apaga.
2. El retardo de arranque del motor (TDES) empieza a
contarse.
3. Cuando se vence el TDES, el contacto interno de arranque cierra
la conexión entre
P5-6 y P5-7, lo cual envía una señal de arranque al grupo
electrógeno.
4. Cuando el grupo electrógeno arranca y genera energía, la luz
piloto de alimentación
del grupo electrógeno disponible se ilumina.
5. Se empieza a contar el retardo de fuente normal a fuente de
emergencia (TDNE).
6. Luego que se vence el TDNE, el control habilita la salida
abierta normal por medio
de poner a tierra a P5-1, lo cual acciona la bobina del relé
K4.
7. El conmutador de transferencia se mueve al punto muerto.
8. El interruptor auxiliar ASW1 desconecta la señal de puesta a
tierra de P4-7,
indicando que el conmutador de transferencia se ha desconectado de
la fuente normal;
el LED de alimentación de red pública conectada se apaga.
9. El control activa el cronómetro de retardo de transición
programada (TDPT).
10. Cuando se vence el cronómetro de TDPT, las salidas abierta
normal (P5-1) y
relés K3 y K4 para mover el conmutador de transferencia del punto
muerto a la posición
de emergencia.
Un interruptor auxiliar dentro del conmutador de transferencia
interrumpe la señal.
11. La carga se transfiere al generador.
12. El interruptor auxiliar BSW1 proporciona una señal de puesta a
tierra a P4-8, para
indicar que el conmutador se ha transferido; la luz piloto de grupo
electrógeno
conectado se enciende. El control entonces desconecta la señal de
tierra de las salidas
abierta normal (P5-1) y cerrada de emergencia (P5-4), lo cual
desactiva los relés K3 y
K4.
DE EMERGENCIA A NORMAL.
A continuación se describe la secuencia de eventos del conmutador
de
transferencia GTEC que suceden después de que la carga se ha
transferido al grupo
electrógeno y se restablece la alimentación de la red pública. En
este ejemplo, los
retardos TDEN y TDPT han sido fijados a un valor mayor que cero,
TDEL se ha fijado
en cero y la comprobación de fases no está habilitada.
Los pasos 1 al 5 describen lo que normalmente sucede cuando el
conmutador
de transferencia se encuentra en la posición de emergencia
(conectado al grupo
electrógeno), se interrumpe la alimentación de la red pública y el
conmutador se
transfiere al punto muerto (ver anexo 3). Los pasos 6 al 10
describen lo que
normalmente sucede cuando el conmutador se mueve del punto muerto a
la posición
de normal (ver anexo 4).
1. Se restablece la alimentación de la red pública. La luz piloto
de alimentación de red
pública disponible se ilumina.
2. Se empieza a contar el retardo de fuente de emergencia a fuente
normal (TDEN).
3. Una vez que se vence el TDEN, el control conecta la salida
abierta de emergencia
(P5-3) con tierra, lo cual acciona la bobina del relé K1.
5. El interruptor auxiliar BSW1 desconecta la señal de puesta a
tierra de P4-8,
indicando que el conmutador de transferencia se ha desconectado de
la fuente de
emergencia; la luz piloto de alimentación del grupo electrógeno
conectada se apaga.
6. El control arranca el cronómetro de TDPT.
7. Cuando se vence el cronómetro de TDPT, el control conecta las
salidas abierta de
emergencia (P5-3) y cerrada normal (P5-2) con tierra, lo cual
activa las bobinas de los
relés K1 y K2 para mover el conmutador de transferencia del punto
muerto a la posición
normal. La carga se transfiere a la red pública.
8. El interruptor auxiliar ASW1 proporciona una señal de puesta a
tierra a P4-7, para
indicar que el conmutador se ha transferido; la luz piloto de red
pública conectada se
enciende. El control entonces desconecta la señal de tierra de las
salidas abierta de
emergencia (P5-3) y cerrada normal (P5-2), lo cual desactiva los
relés K1 y K2.
9. El control arranca el cronómetro de retardo de enfriamiento del
motor (TDEC).
10. Cuando se vence el cronómetro de TDEC, el contacto de P5-6 a
P5-7 se abre, el
grupo electrógeno deja de funcionar y la luz piloto de alimentación
del grupo
electrógeno disponible se apaga.
4.8.- SIMULACION DEL PROCESO.
Tras haber realizado el diagrama de flujo y el procedimiento de
secuencias de
la automatización del GGE, se procede a realizar la simulación el
programa.
4.8.1.-SECUENCIA SIN CORTE DE RED COEMRCIAL.
En esta secuencia se puede apreciar que el interruptor automático
de
transferencia se encuentra de tal forma que la energía suministrada
por la red comercial
4.8.2.- SECUENCIA CUANDO FALLA LA RED COMERCIAL.
Una vez que ocurre la falla de red comercial comienza el proceso
de
encendido automático del GGE, tras haber transcurrido 10 seg. el
GGE se enciende,
como se aprecia en la figura 4.37.
Fig. 4.37. Secuencia de funcionamiento automático del GGE.
4.8.3.- SECUENCIA DE TRANSFERENCIA AUTOMÁTICA.
En esta secuencia el programa manda una señal para que el
interruptor
automático ponga el mismo en la posición neutral, como se aprecia
en la figura 4.38.
Fig. 4.38 Posición neutral del interruptor de transferencia.
Al haber transcurrido 10 seg. el programa manda una señal para que
el interruptor de
transferencia se coloque en la posición de la fuente de respaldo
(GGE) como se
aprecia en la figura 4.39.
En la siguiente figura 4.40. se aprecia que el GGE se encuentra
activo.
Fig. 4.40. GGE operativo.
4.8.4.-RETORNO DE LA RED COMERCIAL Y APAGADO DEL GGE.
Al retornar la red comercial comienza el proceso de
re-transferencia y posterior
apagado del GGE.
En la figura 4.41 se aprecia que tras haber transcurrido 10 seg. el
interruptor de
transferencia se coloca en la posición neutral, pero el GGE
permanece operativo.
Fig. 4.41 Posición neutral del interruptor de transferencia.
Tras haber transcurrido otros 10 seg. el interruptor de
transferencia se coloca en la
posición de red comercial como se aprecia en la figura
4.42.
Fig. 4.42. Re-transferencia hacia la posición red comercial.
Posterior mente el GGE se apaga como se puede apreciar en la fig.
4.43.
Estas secuencia corresponde al comportamiento que debe de tener el
GGE cuando se
tiene corte de red comercial.
Fig. 4.43. GGE apagado.
4.8.5.- SECUENCIA DE ARRANQUE/PARO MANUAL.
En esta sección se procederá a describir el comportamiento que debe
de tener
el GGE en el arranque y paro de forma manual.
En la figura 4.44 se aprecia que al presionar el pulsador de
arranque manual, el
GGE se enciende de forma inmediata, para luego empezar el proceso
de transferencia
del interruptor automático, como se aprecia en la figura 4.45 y
figura 4.46
respectivamente.
Fig. 4.45 posición neutral del interruptor de transferencia.
Fig. 4.46 Posición del interruptor automático en la fuente de
respaldo.
También se realizaron las pruebas accionando falla de los sensores,
parada de