ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA …

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

UNIDAD CULHUACAN

ASESORES: M. EN C. LAZARO EDUARDO CASTILLO BARRERA

M. EN C. GUILLERMO TRINIDAD SANCHEZ ING. EDGAR PEREZ MAYA

ING. JAVIER BORJA MEDINA ING. JUAN CARLOS PARRA RAYOS

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE: INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRONICA

PRESENTA: ARMANDO MARIN MENDOZA

TIJUANA BC MAYO, 2007

“AJUSTE AUTOMATICO DE LOS BRAZOS DE UNA GRUA CONTROLADA POR UN PLC, MEDIANTE EL

EMPLEO DE UN SENSOR FOTOELECTRICO.”

T E S I N A

OBJETIVO: El presente trabajo muestra la utilización de un sensor fotoeléctrico para automatizar el ajuste del mecanismo de una grúa controlada por un PLC, que soporta la caja trasera de un vehiculo.

CAPITULADO: CAPITULO I. INTRODUCCIÓN. CAPITULO II. MARCO TEORICO. CAPITULO III. OPERACIÓN DEL SISTEMA CAPITULO IV. SOLUCION. CAPITULO V. CONLUSIONES.

AGRADECIMIENTOS

A mis padres Benjamín y Ana María, Por su amor y apoyo incondicional, por confiar en mí y guiarme durante tantos años, me siento muy orgulloso de ustedes, espero en un futuro conseguir guiar a mis hijos al igual que ustedes lo hicieron conmigo y mis hermanos, los AMO.

A mi ahijado Jonathan, Enano, donde quiera que estés ahora, te recordamos con mucho cariño. A mi gran amigo Julio Del Hierro, De quien aprendí mucho e impulso mi carrera de manera significativa, al brindarme su apoyo incondicional y su valiosa amistad.

A mis hijos José y Sofía, Por que me han enseñado a ser mejor ser humano y a mirar la vida a través de sus ojos, y entender que una sonrisa, un abrazo o un beso, son tesoros invaluables.

A mis amigos, Agustín, Yadira, Miguel, Rosy, Idalia, Jorge, Vanesa y Daniel, Por su valiosa amistad, y dejarnos ser parte de sus familias. QUE DIOS LOS BENDIGA.

A mi esposa Nadia, Por su apoyo, amor, respeto y colaboración durante todo este proceso. Por compartir las alegrías, las penas y por siempre tener palabras de aliento. Por que junto a ella, la alegría compartida aumenta su proporción y hace que cada día sea maravilloso e inolvidable. Por permitirme ser parte de su vida y hacer que la mía sea cada día mejor, TUAM.

A mis Compadres, Luz y Abel Por la gran amistad que nos une, por su cariño y por su apoyo incondicional, GRACIAS. A la familia Tapia Sánchez, Por abrirme las puertas de su casa y aceptarme como un miembro más de su hermosa familia, GRACIAS.

A mis hermanos: Oscar, Carlos, Beto, Ana, Teresa y Francisco, Por todas aquellas travesuras que desde niños compartimos, por todas las veladas que compartimos ahora, y por todos aquellos momentos que nos faltan por compartir. GRACIAS.

A mis profesores y asesores, Por su paciencia y por compartir conmigo sus conocimientos. A los Ingenieros Manuel Gomez y Octavio Moreno, por su apoyo y asesoría en la realización de este trabajo. Al CECUTI por crear oportunidades como la que me otorgaron para poder obtener mi titulo, a todos, MUCHAS GRACIAS.

A mi amiga Ana Lilia, Quien ha estado junto a mi por mas de 25 años, y los que nos faltan !!!!!, y ella sabe que no tengo nada más que decir.

Gracias a Dios, Quien me ha permitido llegar ha este momento y concluir este ciclo. Aunque se que aun tiene para mi nuevos retos. SEÑOR, MUCHAS GRACIAS.

Índice

I

Índice Índice .............................................................................................................................................................. I

Índice de Figuras ........................................................................................................................................ IV

Índice de Tablas............................................................................................................................................V

Glosario ....................................................................................................................................................... VI

CAPITULO 1.................................................................................................................................................1 1.1 Objetivo ............................................................................................................................................... 2 1.2 Justificación......................................................................................................................................... 2 1.3 Alcances............................................................................................................................................... 2 1.4 Estructura del trabajo.......................................................................................................................... 2 1.5 Estado del Arte .................................................................................................................................... 4

CAPITULO 2.................................................................................................................................................5

2.1 Sistemas de Control.................................................................................................................................6 2.1.1 Sistemas de control en lazo abierto .................................................................................................. 6 2.1.2 Sistemas de control en lazo cerrado ................................................................................................. 7

2.1.2.1 Retroalimentación ..................................................................................................................... 7 2.1.2.2 Elementos de un control a lazo cerrado .................................................................................... 9 2.1.2.3 Funciones de un control a lazo cerrado..................................................................................... 9

2.2 Clasificación de los sistemas de control .............................................................................................. 9 2.3 Etapas en la realización de un sistema de control............................................................................. 10

2.4 Mecánica Básica.....................................................................................................................................11 2.4.1 Controladores de Velocidad ........................................................................................................... 11

2.4.1.1 Fuerza...................................................................................................................................... 11 2.4.1.2 Torque..................................................................................................................................... 12 2.4.1.3 Velocidad ................................................................................................................................ 13 2.4.1.4 Velocidad Linear..................................................................................................................... 13 2.4.1.5 Velocidad Angular (rotacional)............................................................................................... 13 2.4.1.6 Aceleración ............................................................................................................................. 13 2.4.1.7 Ley de inercia.......................................................................................................................... 14 2.4.1.8 Fricción ................................................................................................................................... 14 2.4.1.9 Trabajo .................................................................................................................................... 14 2.4.1.10 Energía .................................................................................................................................. 15 2.4.1.11 Caballo de fuerza .................................................................................................................. 15 2.4.1.12 Caballo de fuerza y Kilowatt................................................................................................. 16

Índice

II

2.5 Motores de AC .......................................................................................................................................17 2.5.1 Motores de Inducción ..................................................................................................................... 17

2.5.1.1 Construcción del rotor............................................................................................................. 17 2.5.1.2 Construcción del estator.......................................................................................................... 18 2.5.1.3 Armadura ................................................................................................................................ 19

2.6 Funcionamiento del Motor de CA........................................................................................................19 2.6.1 Campo magnético en el estator....................................................................................................... 19 2.6.2 Rotación del rotor........................................................................................................................... 21 2.6.3 Voltaje electromagnético inducido. ................................................................................................ 21 2.6.4 Motor de rotor devanado................................................................................................................ 21

2.7 Especificaciones de los Motores............................................................................................................22 2.7.1 Voltaje y amperes ........................................................................................................................... 22 2.7.2 RPM................................................................................................................................................ 22 2.7.3 Factor de servicio ........................................................................................................................... 22 2.7.4 Clase de aislamiento....................................................................................................................... 23 2.7.5 Eficiencia ........................................................................................................................................ 23

2.8 Controlador lógico Programable..........................................................................................................24 2.8.1 Operación del PLC......................................................................................................................... 24 2.8.2 Tiempo de respuesta ....................................................................................................................... 25 2.8.3 Relevadores .................................................................................................................................... 26 2.8.4 Diagramas de Escalera .................................................................................................................. 26

2.9 Programación de PLCs .........................................................................................................................27 2.9.1 Sistema de programación de escalera ............................................................................................ 28 2.9.2 Elementos y sintaxis de la programación en escalera .................................................................... 28 2.9.3 Funciones lógicas ........................................................................................................................... 29

2.9.4 Registros .................................................................................................................................... 29 2.9.5 Instrucción Latch ........................................................................................................................... 30 2.9.6 Contadores...................................................................................................................................... 31 2.9.7 Temporizadores (Timers)................................................................................................................ 33

2.10 Sensores ................................................................................................................................................35 2.10.1 Sensores fotoeléctricos ................................................................................................................. 35 2.10.2 Técnicas de escaneo...................................................................................................................... 36

2.10.2.1 A través del haz de luz .......................................................................................................... 36 2.10.2.2 Haz de luz efectivo................................................................................................................ 37 2.10.2.3 Escaneo reflectivo ................................................................................................................. 37 2.10.2.4 Escaneo difuso ...................................................................................................................... 37

Índice

III

2.10.2.5 Escaneo difuso con supresión de fondo ................................................................................ 37 2.10.3 Modos de operación ..................................................................................................................... 38

CAPITULO 3...............................................................................................................................................39

3.1 Operación del Sistema...........................................................................................................................40 3.1.1 La grúa ........................................................................................................................................... 40 3.1.2 Caja y Cabina................................................................................................................................. 41 3.2 Operación del mecanismo que toma la caja...................................................................................... 43

3.2.1 Motor Cilíndrico ........................................................................................................................ 43 3.2.2 Movimiento de los brazos .......................................................................................................... 44 3.2.3 Ajuste del mecanismo dependiendo del tamaño de la caja ........................................................ 44

3.3 Diagramas de Conexión ........................................................................................................................45

3.4 Programa del PLC.................................................................................................................................45

CAPITULO 4...............................................................................................................................................47

4.1 Solución ..................................................................................................................................................48

4.2 La Caja (Deck).......................................................................................................................................48 4.2.1 Tamaño de la caja .......................................................................................................................... 49

4.3 El sensor .................................................................................................................................................49 4.3.1 Colocación del sensor..................................................................................................................... 50

4.4 El PLC ....................................................................................................................................................51 4.4. 1 Cambios al programa del PLC...................................................................................................... 51

CAPITULO 5...............................................................................................................................................52

5.1 Conclusiones...........................................................................................................................................53

5.2 Recomendaciones...................................................................................................................................53

Bibliografía...................................................................................................................................................54

Anexo 1 .........................................................................................................................................................57

Anexo 2 .........................................................................................................................................................58

Anexo 3 .........................................................................................................................................................59

Anexo 4 .........................................................................................................................................................60

Anexo 5 .........................................................................................................................................................61

Anexo 6 .........................................................................................................................................................62

Índice

IV

Índice de Figuras Figura 2- 1. Sistema de control en lazo abierto .................................................................. 6 Figura 2- 2. Sistema de control en lazo cerrado.................................................................. 7 Figura 2- 3. Retroalimentación ........................................................................................... 8 Figura 2- 4. Control manual de lazo cerrado del nivel del tanque...................................... 8 Figura 2- 5. Control automático de lazo cerrado del nivel del tanque. ............................... 8 Figura 2- 6. Elementos de un control a lazo cerrado. ......................................................... 9 Figura 2- 7.Fuerza Neta (Fuerzas aplicadas en la misma dirección) ................................ 11 Figura 2- 8 Fuerza Neta (Fuerzas aplicadas en dirección opuesta). ................................. 12 Figura 2- 9. Torque ........................................................................................................... 12 Figura 2- 10. Torque con incremento en radio ................................................................. 13 Figura 2- 11. Velocidad Linear......................................................................................... 13 Figura 2- 12. Movimiento Rotacional............................................................................... 13 Figura 2- 13. (a)Aceleración, (b) Desaceleración............................................................. 14 Figura 2- 14. Trabajo ........................................................................................................ 14 Figura 2- 15. Rotor aula de ardilla .................................................................................... 17 Figura 2- 16. Construcción del rotor................................................................................. 17 Figura 2- 17. Núcleo del estator........................................................................................ 18 Figura 2- 18. Bobinas del estator. ..................................................................................... 18 Figura 2- 19. Devanados del estator. ................................................................................ 18 Figura 2- 20. Rotor, estator y armadura............................................................................ 19 Figura 2- 21. Arreglo de bobinas del estator..................................................................... 20 Figura 2- 22. Alimentando los devanados. ....................................................................... 20 Figura 2- 23. Estator de 2 polos. ....................................................................................... 20 Figura 2- 24. Rotación del rotor........................................................................................ 21 Figura 2- 25. Ejemplo de una placa de especificaciones. ................................................. 22 Figura 2- 26. Partes de un PLC......................................................................................... 24 Figura 2- 27. Ciclo de escaneo del PLC. .......................................................................... 25 Figura 2- 28. Ciclo de escaneo de un PLC........................................................................ 25 Figura 2- 29. Ejemplo de un diagrama de escalera. .......................................................... 26 Figura 2- 30. Circuito aterrizado....................................................................................... 27 Figura 2- 31. Circuito aterrizado sin seguridad. ............................................................... 27 Figura 2- 32. Diagrama de escalera de un PLC. ............................................................... 28 Figura 2- 33. Diagrama de escalera. ................................................................................. 29 Figura 2- 34. Instrucción Latch......................................................................................... 31 Figura 2- 35. Contador...................................................................................................... 32 Figura 2- 36. Contador ascendente-descendente. ............................................................. 32 Figura 2- 37. Temporizador (Timer)................................................................................. 33 Figura 2- 38. Temporizador acumulativo o retentivo. ...................................................... 34 Figura 2- 39. Detección a través del haz de luz. ............................................................... 36 Figura 2- 40. Haz de luz efectivo en un sensor fotoeléctrico............................................ 37

Índice

V

Figura 2- 41. Escaneo reflectivo. ...................................................................................... 37 Figura 2- 42. Escaneo Difuso............................................................................................ 37 Figura 2- 43. Escaneo difuso con supresión de fondo. ..................................................... 38 Figura 2- 44. Modo de operación a la oscuridad. ............................................................. 38 Figura 2- 45. Modo de operación a la luz. ........................................................................ 38

Índice de Tablas

Tabla 2- 1. Cambio de polaridad en las bobinas del Estator............................................. 21 Tabla 2- 2. Condición lógica del símbolo......................................................................... 30 Tabla 2- 3. Tabla de verdad del circuito. ......................................................................... 30 Tabla 2- 4. Clasificación de los sensores. ......................................................................... 35

Glosario

VI

Glosario Conveyor. Termino utilizado para referirse a bandas transportadoras usadas en líneas de producción. Relevadores de entrada (contactores). Están conectados al mundo exterior, físicamente existen y reciben señales de los switches, sensores, etc. Relevadores internos utilitarios (contactores). No reciben señales del mundo exterior, no existen físicamente. Son relevadores emulados que eliminan a los relevadores externos. Son relevadores que están dedicados a realizar solo una tarea, pueden ser normalmente abiertos o normalmente cerrados y son usados para inicializar información almacenada. Contadores. No existen físicamente, son contadores simulados y pueden ser programados para contar pulsos, pueden efectuar conteos ascendentes o descendentes. Como son simulados están limitados a su velocidad de conteo, algunos fabricantes incluyen contadores de alta velocidad que están basados en hardware. Temporizadores (timers). Estos dispositivos tampoco existen físicamente, pueden ser programados en una gran variedad de incrementos. El tipo más común es el retardo al encendido (on-delay), pero también el retardo al apagado (off-delay) es ampliamente usado. Los incrementos pueden variar de 1ms hasta 1 seg. Relevadores de salida (bobinas). Estos dispositivos están conectados al mundo exterior, existen físicamente y envían señales de apagado y encendido a solenoides, lámparas, etc. Almacenamiento de datos. Típicamente hay registros asignados para simplificar el almacenamiento de datos, son usados como almacenamiento temporal para la manipulación matemática de datos. Se usan también para almacenar datos aun cuando el PLC es removido de la fuente de alimentación. Electroimán. Es un tipo de imán en el que se produce un campo magnético mediante el flujo de una corriente eléctrica.

Capitulo 1 Introducción

1

CAPITULO 1


2

La automatización de procesos ha tenido grandes avances con los aportes de la computación y la electrónica avanzada, ya que ha permitido incorporar a estos sistemas características que los hacen más eficientes. La teoría de sistemas de control y tecnología de control son disciplinas académicas aplicadas a problemas de ingeniería y ciencia. Los sistemas de control constituyen modelos de flujo de información compuestos por entradas, salidas, procesamiento de datos y realimentación. [34] La tecnología de control está relacionada con el control del comportamiento dinámico de sistemas técnicos complejos, por ejemplo sistemas (electro) mecánicos y procesos. El objetivo del control es lograr un comportamiento del sistema de acuerdo a las especificaciones deseadas, la complejidad del proceso aumenta en la medida que se tenga una descripción menos precisa del comportamiento dinámico del sistema. La tecnología de control es muy próxima a la síntesis, usando métodos, técnicas y herramientas de diversos campos científicos, en particular teoría de sistemas.

1.1 Objetivo El presente trabajo muestra la utilización de un sensor fotoeléctrico para automatizar el ajuste del mecanismo de una grúa controlada por un PLC, que soporta la caja trasera de un vehiculo. La grúa transporta la cabina y la caja trasera del vehiculo para colocarlos sobre una línea de producción

1.2 Justificación Los brazos de la grúa son controlados por un motor contenido en un cilindro, equipado con un pistón, el motor es activado manualmente por un operador. La operación manual de ajuste del mecanismo a provocando errores que han reparado en daños físicos al producto y paros mayores en la línea de producción.

1.3 Alcances La grúa utilizada para realizar el proceso de cargar la cabina y la caja para colocarlas sobre la línea de producción esta compuesta por diferentes módulos mecánicos, neumáticos y eléctricos. El presente trabajo se concreta en automatizar la posición de la grúa que toma la caja trasera del vehiculo.

1.4 Estructura del trabajo

• Capitulo1. Breve Introducción al proyecto realizado en este trabajo, se plantean los objetivos, justificación y estructura del mismo. También se añade Estado del Arte.

• Capitulo2. En este capítulo se proporciona la base teórica de los sistemas de control, así como la base teórica de operación de los motores de inducción de CA, construcción y operación de un PLC. También se abarca la operación y construcción del sensor fotoeléctrico empleado para detectar el tamaño de la caja trasera del vehiculo.


3

• Capitulo 3. Se describe la operación actual del sistema, diagrama de flujo, diagrama eléctrico y el diagrama de escalera del PLC.

• Capitulo 4. En este capítulo se realizan comparaciones de operación de la configuración original de la grúa versus, la obtenida después de efectuar los cambios.

• Capitulo 5. Se aportan las conclusiones obtenidas. • Bibliografía. Material empleado para obtener la documentación de este proyecto. • Anexos. Diagrama de escalera completo de la programación del PLC, hoja técnica del sensor

fotoeléctrico utilizado.

Capitulo 1 Estado del Arte

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1.5 Estado del Arte Las máquinas eléctricas de inducción con jaula de ardilla son las más empleadas en la industria moderna en virtud de su bajo costo, robustez y economía de mantenimiento. Este tipo de máquinas es susceptible a distintos fallos de carácter eléctrico y mecánico [1-3]. Entre las más importantes pueden distinguirse los fallos en rodamientos o en el eje del rotor, en los devanados de estator y en las barras o anillos de cortocircuito del rotor. Las primeras de ellas pueden derivar en muchos casos en excentricidades del rotor y tienen la particularidad que su evolución es relativamente lenta, lo que permite, mediante una detección anticipada, evitar daños irreversibles tanto en las máquinas en sí como en el proceso de producción del que forman parte. En cuanto a los fallos en devanados de estator, es necesario hacer una distinción entre contactos entre conductores y la carcasa del motor, fallos entre espiras de una misma bobina, entre bobinas de una misma fase o bien entre bobinas de diferentes fases. Estos fallos generalmente presentan una evolución rápida y por consiguiente su detección suele ser más difícil. Por último, los fallos en las barras o anillos de cortocircuito del rotor generalmente consisten en fracturas o fisuras que pueden propagarse a barras vecinas o dañar los devanados de estator cuando se producen deformaciones o el fallo afecta a las láminas de material ferromagnético que conforman el núcleo. Estos fallos son de evolución lenta y pueden ser detectadas tempranamente. En líneas generales, puede afirmarse que aproximadamente un 40 % de los fallos en este tipo de máquinas corresponde a anormalidades en los rodamientos, entre un 30 y un 40 % a fallos en el estator y un 10 % aproximadamente corresponden a fallos en el rotor (el resto de los casos se distribuyen en una gran variedad de fallos) [4]. Estos datos fueron tomados a partir del análisis de máquinas de una gran variedad de potencias; puede afirmarse, asimismo, que en máquinas de potencia elevada los fallos en el rotor son las que se repiten con más frecuencia y por consiguiente se tornan las más importantes. Tradicionalmente se han empleado técnicas tales como la medición de la tangente del ángulo delta, la medición del índice de polarización o la medición de la resistencia de aislamiento para determinar las propiedades dieléctricas de los aislantes de los devanados de máquinas eléctricas [5]. Recientemente se ha hecho común el empleo de la prueba de impulsos [6]. Tal prueba consiste en la aplicación de pulsos de alta tensión a los devanados de una máquina y el análisis de su respuesta transitoria. De este modo un fallo en un devanado del estator puede ser descubierto cuando se observan diferencias entre las respuestas de cada bobina o fase de la máquina. Todas estas técnicas son sumamente efectivas y capaces de determinar el estado de un aislante y de estimar su vida útil restante. Sin embargo, presentan como contrapartida, la necesidad de realizar el diagnóstico con la máquina fuera de servicio por lo que su aplicación se ve limitada. Los fallos en rodamientos, por otra parte, se detectan generalmente por medio del estudio de vibraciones. En efecto, mediante el empleo de un acelerómetro es posible monitorizar la intensidad y frecuencia de las vibraciones del motor y a partir de ellas determinar posibles anormalidades [7]. Tal fallo alrededor de la frecuencia de red, permite identificar fácilmente una situación anormal. Para mayor referencia de las técnicas de detección de fallos consultar Anexo 1.

Capitulo 2 Marco Teorico

5

CAPITULO 2

Capitulo 2 Sistemas de Control

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2.1 Sistemas de Control Un “sistema” es un ordenamiento de componentes físicos conectados o relacionados de manera que formen una unidad completa para que puedan actuar como tal. La palabra “control” generalmente se usa para designar “regulación”, dirección o “comando”. Al combinar las definiciones anteriores se tiene: Un sistema de control es un ordenamiento de componentes físicos conectados de tal manera que el mismo pueda comandar, dirigir o regularse a sí mismo o a otro sistema. En el sentido más abstracto es posible considerar cada objeto físico como un sistema de control. Cada cosa altera su medio ambiente de alguna manera, activa o positivamente.

2.1.1 Sistemas de control en lazo abierto (Sistemas no retroalimentados). Los sistemas de control en lazo abierto son sistemas simples, que no pueden satisfacer requerimientos de desempeño crítico. En estos sistemas la variable de salida (variable controlada) no tiene efecto sobre la acción de control (variable de control).

Figura 2- 1. Sistema de control en lazo abierto Características:

• No se compara la salida del sistema con el valor deseado de la salida del sistema (referencia). • Para cada entrada de referencia le corresponde una condición de operación fija. • La exactitud de la salida del sistema depende de la calibración del controlador. • En presencia de perturbaciones estos sistemas de control no cumplen su función

adecuadamente. • El control de lazo abierto suele aparecer en dispositivos de control secuencial, en el que no

hay una regulación de variables sino que se realizan una serie de operaciones de manera determinada. Esa secuencia de operaciones puede venir impuesta por eventos (event-driven) o por tiempo (time-driven).


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Ejemplos:

• Lavadora: Funciona sobre una base de tiempos Variable de salida “limpieza de ropa” no afecta el funcionamiento de la lavadora.

• Semáforos de control vehicular: Funcionan sobre una base de tiempo Variable de salida “estado del tráfico” no afecta el funcionamiento del sistema.

2.1.2 Sistemas de control en lazo cerrado (Sistemas de control retroalimentado). Un sistema de control en lazo abierto sería más exacto y adaptable si tuviera una conexión o retroalimentación desde la salida hacia la entrada del sistema. En este caso, la señal controlada debe ser retroalimentada y comparada con la entrada de referencia, enviando una señal actuante proporcional a la diferencia de la entrada y la salida a través del sistema para reevaluar el proceso realizado. Un sistema con una o más trayectorias de retroalimentación como el que se acaba de describir se denomina sistema en lazo cerrado. En este tipo de sistemas la señal de salida del sistema (variable controlada) tiene efecto directo sobre la acción de control (variable de control).

Figura 2- 2. Sistema de control en lazo cerrado.

2.1.2.1 Retroalimentación Operación que en presencia de perturbaciones tiende a reducir la diferencia entre la salida de un sistema y alguna entrada de referencia, esta reducción se logra manipulando alguna variable de entrada del sistema, siendo la magnitud de dicha variable de entrada función de la diferencia entre la variable de referencia y la salida del sistema.


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Figura 2- 3. Retroalimentación

Los sistemas de lazo cerrado se pueden clasificar en:

Manuales: Controlador operador humano. Automático: Controlador dispositivo (neumático, hidráulico, eléctrico, electrónico o digital

(microprocesador).

Figura 2- 4. Control manual de lazo cerrado del nivel del tanque.

Relevador e

Interruptor

Entrada

Transmisor del Nivel

Bomba

Salida

Comparador e interruptor de

energía (procesador

lógico)

Punto de calibración (Nivel deseado)

Figura 2- 5. Control automático de lazo cerrado del nivel del tanque.


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2.1.2.2 Elementos de un control a lazo cerrado

• Sistema a controlar • Controlador • Actuador (puede incluirse en el sistema a controlar) • Medidor: sensor + transductor

Figura 2- 6. Elementos de un control a lazo cerrado.

2.1.2.3 Funciones de un control a lazo cerrado

• Medir el valor de la variable controlada (medición y transmisión) • Detectar el error y generar una acción de control (decisión) • Usar la acción de control para manipular alguna variable en el proceso de modo que tienda a

reducir el error (manipulación)

2.2 Clasificación de los sistemas de control Como se vio anteriormente los sistemas se pueden clasificar en sistemas de lazo abierto o de lazo cerrado, adicional a esta clasificación los sistemas podrían también clasificarse como o a través:

1. Comportamiento de la señal de referencia. Sistemas seguidores. La entrada de referencia cambia de valor constantemente. Ejemplo:

servomecanismos (sistemas de control realimentado en el cual la salida es alguna posición de velocidad o aceleración mecánica).

Sistemas de regulación automática. La entrada de referencia es o bien constante o bien varía lentamente con el tiempo, y donde la tarea fundamental consiste en mantener la salida en el


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valor deseado a pesar de las perturbaciones presentes. Ejemplo: El sistema de calefacción de una casa o un regulador de voltaje.

2. Tipo de señal Analógicos (continuos) Digitales (Discretos)

3. En función de la industria Control de procesos. Son aquellos que requieren la regulación de variables de proceso

(temperaturas, concentraciones, caudales, niveles, etc.). Estos sistemas de control requieren la manipulación de unidades de proceso continuas (no se interrumpe el flujo) y discontinuas, batch o por lotes (se interrumpe el flujo). Ejemplos: Refinería de petróleo, planta de producción energía eléctrica.

4. Control de maquinas manufactureras. Control numérico. Usa un programa para controlar la secuencia de operaciones en un

maquina, dicho programa contiene instrucciones que especifican posiciones, direcciones, velocidades y de corte.

Control de robots. Un manipulador programable diseñado para mover materiales, herramientas en una secuencia determinada para realizar una tarea especifica.

2.3 Etapas en la realización de un sistema de control 1. Análisis del sistema que se quiere controlar => Objetivos de control.

Variables de referencia. Variables de salida. Variables de control. Analizar las posibles perturbaciones del sistema. Procedimientos de arranque y parada.

2. Establecer la estructura de regulación. Especificar que variables se van a realimentar y que variables se van a manipular para lograr

los objetivos de control. 3. Seleccionar, diseñar y calibrar los reguladores seleccionados.

La correcta ejecución de este paso se determina en función de haber establecido los criterios de control: rechazo de perturbaciones, errores estacionarios, respuesta dinámica ante cambios en la referencia, sensibilidad a cambios de parámetros del sistema.

Un correcto diseño de los reguladores puede requerir el disponer de un modelo lineal del proceso a controlar. Así una etapa previa es el desarrollo de un modelo matemático adecuado para los fines del control.

4. Evaluar el diseño del sistema de control, utilizando técnicas de simulación dinámica. 5. Realización práctica y puesta a punto del sistema de control diseñado.

Capitulo 2 Mecánica Básica

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2.4 Mecánica Básica En aplicaciones comerciales e industriales los motores eléctricos son usados para transformar energía eléctrica en energía mecánica. Estos motores eléctricos puede ser parte de una bomba, ventilador o puede ser conectados a algún otro sistema mecánico como una banda transportadora (conveyor). En la mayoría de estas aplicaciones la velocidad del sistema es determinada primeramente por su diseño mecánico y carga. Sin embargo, es necesario controlar la velocidad de estos sistemas, y esto se logra controlando la velocidad del motor.

2.4.1 Controladores de Velocidad Antes de hablar de controladores de velocidad es necesario entender algunos conceptos asociados con la operación de los mismos.

2.4.1.1 Fuerza En términos simples una fuerza es un empuje o un tirón. La fuerza puede ser causada por electromagnetismo, gravedad o una combinación de medios físicos. Fuerza neta es el vector suma de todas las fuerzas que actúan sobre un objeto, incluyendo fricción y gravedad. Cuando las fuerzas son aplicadas en la misma dirección se agregan. Por ejemplo si dos fuerzas de 20kg son aplicadas en la misma dirección, la fuerza neta sería de 40kg.

Figura 2- 7.Fuerza Neta (Fuerzas aplicadas en la misma dirección) Si una fuerza de 20Kg fuera aplicada en una dirección y 5Kg de fuerza se aplicaran en dirección opuesta, la fuerza neta sería de 15Kg, figura 2-8 (a). Si 10Kg de fuerza fuera aplicada en ambas direcciones, la fuerza neta sería 0, el objeto no se movería, figura 2-8 (b).


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Figura 2- 8 Fuerza Neta (Fuerzas aplicadas en dirección opuesta).

2.4.1.2 Torque El torque es una fuerza de torción o vuelta que tiende a causar que un objeto rote. Una fuerza aplicada el final de una palanca, por ejemplo (figura 2-9), causa un efecto de giro o torción en el punto pivote. Torque (τ) es el producto de la fuerza y radio (distancia de la palanca).

Torque = fuerza x radio. (2.1) En el sistema inglés el torque es medido en libras-pies (lb/ft) o libras-pulgadas (lb/pulg). Si una fuerza de 10lb de fuerza fuera aplicada a una palanca de un pie de longitud, por ejemplo, habría 10lb/ft de torque.

Fuerza 10 lb

Radio 1 pie de largo

=10lb/ft Figura 2- 9. Torque

Un incremento en la fuerza o radio llevará a un incremento de torque, incrementando el radio a 2 pies, el torque resultante sería de 20lb/ft.


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Figura 2- 10. Torque con incremento en radio

2.4.1.3 Velocidad Un objeto en movimiento viaja una distancia dada en un tiempo determinado. La velocidad es el radio de la distancia viajada en el tiempo que tarda en viajar dicha distancia.

tiempociadisvelocidad tan

= (2.2)

2.4.1.4 Velocidad Linear La velocidad linear de un objeto es una medida de cuanto tiempo le toma a un objeto viajar de un punto A, a un punto B. La velocidad linear es usualmente dada en metros por segundo (m/seg).

Figura 2- 11. Velocidad Linear

2.4.1.5 Velocidad Angular (rotacional) La velocidad angular de un objeto rotatorio es la medida del tiempo que toma a un objeto completar una vuelta a partir de un punto dado. La velocidad angular es generalmente dada en revoluciones por minuto (RPM). Un objeto que completa 10 vueltas en un minuto, por ejemplo, tiene una velocidad de 10 RPM.

Figura 2- 12. Movimiento Rotacional

2.4.1.6 Aceleración Un objeto puede cambiar su velocidad. Un incremento en velocidad es llamado aceleración. La aceleración ocurre únicamente cuando hay un cambio en la fuerza que actúa sobre el objeto o sistema. Un objeto puede también cambiar de una velocidad alta a una más baja, esto es conocido como


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desaceleración (opuesto a la aceleración). Un objeto rotacional, por ejemplo, puede acelerar de 10 a 20 RPM, o desacelerar de 20 a 10 RPM.

Figura 2- 13. (a)Aceleración, (b) Desaceleración

2.4.1.7 Ley de inercia Los sistemas mecánicos obedecen la ley de inercia. La ley de inercia establece que un objeto tiende a permanecer en su estado estático o de movimiento a menos que se le aplique una fuerza externa. Esta propiedad de resistencia a la aceleración o desaceleración es conocida como el momento de inercia. En el sistema inglés las unidades de medida para el momento de inercia son lb/ft2.

2.4.1.8 Fricción Se define como fuerza de rozamiento o fuerza de fricción entre dos superficies en contacto a la fuerza que se opone al movimiento de una superficie sobre la otra (fuerza de fricción cinética), o la fuerza que se opone al inicio del movimiento (fuerza de fricción estática). Se genera debido a las imperfecciones, especialmente microscópicas, entre las superficies en contacto.

2.4.1.9 Trabajo Con cualquier fuerza que cause movimiento, se obtiene trabajo. Por ejemplo, se obtiene un trabajo cuando un objeto sobre un conveyor es movido de un punto a otro.

Figura 2- 14. Trabajo


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El trabajo es definido por el producto de la fuerza neta aplicada (F) y la distancia recorrida. Si una doble fuerza es aplicada, el trabajo se realiza dos veces. Si un objeto se mueve dos veces la distancia, dos veces se realiza un trabajo. W=F x D (2.3) donde: W=Trabajo F=Fuerza

D=Distancia

2.4.1.10 Energía La energía es la medida del trabajo hecho, o el trabajo dividido por el tiempo.

Tiempo

ciaDisFuerzaEnergia tan×= (2.4)

Tiempo

WEnergia = (2.5)

donde: W=Trabajo En otras palabras, la energía es la cantidad de trabajo que toma mover un objeto de un lugar a otro dividido por el tiempo.

2.4.1.11 Caballo de fuerza La energía puede ser expresada en pies-libras/segundo, pero es comúnmente expresada en caballos de fuerza (HorsePower HP). Esta unidad fue definida por James Watt. La formula siguiente puede ser usada para calcular los HP si se conoce el torque y la velocidad del sistema u objeto. En la formula se puede observar que si se incrementa el torque, velocidad o ambos, existirá un incremento en HP.

5250

RPMHP ×=τ

(2.6)

donde: HP=Caballo de fuerza RPM=Revoluciones por minuto τ =Torque


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2.4.1.12 Caballo de fuerza y Kilowatt La clasificación de los motores manufacturados en USA esta generalmente dada en HP, los hechos en Europa en kilowatts. Los caballos de fuerza puede ser convertido a kilowatts usando la siguiente formula: KW=0.746 x HP (2.7) Donde: KW=Kilo Watts Los kilowatts pueden ser convertidos a HP usando la formula siguiente: HP=1.341 x KW (2.8)

Capitulo 2 Especificaciones de los Motores

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2.5 Motores de AC Motores eléctricos síncronos y asíncronos son las dos principales categorías de los motores de AC. El motor de inducción de AC es un motor asíncrono y es básicamente un transformador de AC con un secundario rotatorio. La bobina primaria (estator) esta conectada a la fuente de alimentación y el secundario (rotor) se encuentra en corto circuito y lleva la corriente secundaria inducida. El torque es producido por la acción de las corrientes (secundarias) del rotor.

2.5.1 Motores de Inducción Los motores de inducción son los más simples y los motores eléctricos mas usados en aplicaciones industriales, estos consisten de tres partes: estator, rotor y armadura. El nombre de los motores de inducción deriva de las corrientes que fluyen en el segundo miembro (rotor) que son inducidas por el flujo de corriente alterna en el miembro primario (stator). Los efectos electromagnéticos combinados de las corrientes del estator y rotor producen la fuerza para crear la rotación.

2.5.1.1 Construcción del rotor El rotor es la parte giratoria del circuito electromagnético. El tipo de rotor más común es el “rotor jaula de ardilla”.

Figura 2- 15. Rotor aula de ardilla El rotor consiste de un montón de láminas de acero con barras uniformemente espaciadas alrededor de una circunferencia. Las láminas están apiladas juntas para formar el núcleo del rotor. Se usa aluminio entre las ranuras del núcleo del rotor para formar series de conductores alrededor del perímetro del rotor. Las barras metálicas están mecánica y eléctricamente conectadas en los anillos de cada extremo. El núcleo del rotor se monta sobre una flecha de acero para completar el ensamble del rotor.

Figura 2- 16. Construcción del rotor.


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2.5.1.2 Construcción del estator El estator es la parte eléctrica estacionaria del motor. El núcleo del estator esta hecho de cientos de delgadas laminas.

Figura 2- 17. Núcleo del estator.

2.5.1.2.1 Devanados del estator Las láminas del estator están apiladas juntas para formar un hueco cilíndrico. Las bobinas de alambrea aislado se insertan en las ranuras del núcleo del estator.

Figura 2- 18. Bobinas del estator. Cada grupo de bobinas, juntas con el núcleo de acero forman los devanados que a su vez forman un electroimán. Los devanados son conectados directamente a la fuente de alimentación.

Figura 2- 19. Devanados del estator.


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2.5.1.3 Armadura La armadura consiste de un marco (o yugo) y dos soportes (o cojinetes). El estator es montado dentro del marco, el rotor se ajusta dentro del estator con un ligero hueco de aire que los, no hay conexión física directa entre el rotor y el estator. La armadura también protege las partes eléctricas del motor contra los efectos dañinos del ambiente bajo el cual funciona el motor. Los cojinetes montados en el eje apoyan el rotor y permiten que de vueltas. Un ventilador también montado en el eje, se utiliza en el motor como se muestra en la figura 2-20 para enfriamiento.

Figura 2- 20. Rotor, estator y armadura.

2.6 Funcionamiento del Motor de CA El funcionamiento de los motores se basa en la teoría de electromagnetismo, para explicar el funcionamiento del motor bastara con saber que polos de igual polaridad se atraen, y polos de diferente polaridad se rechazan.

2.6.1 Campo magnético en el estator La figura 2-21 ilustra la relación de las bobinas, en este ejemplo se usan 6 bobinas, dos para cada una de las 3 fases, las bobinas operan en pares. Las bobinas esta enredadas alrededor del núcleo de hierro del estator, estas bobinas son conocidas como devanados del motor. Cada devanado se comporta como un electroimán separado. Las bobinas están enrolladas de tal forma que cuando las corrientes circulan en ellas una de las boninas es el polo norte y otra el polo sur. Por ejemplo, si A1 fuera el polo norte entonces A2 sería el polo sur. Cuando la corriente invierte su dirección la polaridad de los polos también se invierte.


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Figura 2- 21. Arreglo de bobinas del estator. El estator es conectado a una fuente de alimentación de CA. En la Figura 2-22, el electroimán A es conectado a una de las fases de la fuente de alimentación, los electroimanes B y C a las fases B y C respectivamente.

Figura 2- 22. Alimentando los devanados. Las bobinas de las fases A, B y C están colocadas con 120° de separación. En este ejemplo, se colocaron 3 bobinas más. El numero de polos es determinado por el numero de veces que una bobina de fase aparece, en este ejemplo cada bobina de fase aparece 2 veces, este es un stator de dos polos, si cada bobina de fase apareciera 4 veces sería un estator de 4 polos.

Figura 2- 23. Estator de 2 polos. Cuando un voltaje de CA es aplicado al estator, la corriente comienza a circular a través de los devanados. El campo magnético desarrollado en un devanado depende de la dirección del flujo de corriente es ese devanado. Para explicar como se desarrolla el campo magnético rotatorio se asumirá lo siguiente: Una corriente positiva fluye en los devanados A1, B1 y C1 por lo que estos serán polos norte.


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Tabla 2- 1. Cambio de polaridad en las bobinas del Estator.

Devanado Positivo Negativo A1 Norte Sur A2 Sur Norte B1 Norte Sur B2 Sur Norte C1 Norte Sur

Sur Norte

2.6.2 Rotación del rotor Para analizar la operación del rotor, un imán montado sobre una flecha puede ser sustituido por el rotor jaula de ardilla. Cuando los devanados del estator están energizados se genera un campo magnético rotatorio, el imán tiene su propio campo magnético que interactúa con el campo rotatorio del estator. El polo norte del campo magnético rotatorio atrae al polo sur del imán y el polo sur al polo norte. Como el campo magnético rotatorio rota, empuja a lo largo al imán haciéndolo rotar también, este diseño usado en algunos motores es referido como motor de imán permanente.

Figura 2- 24. Rotación del rotor.

2.6.3 Voltaje electromagnético inducido. El rotor jaula de ardilla actúa esencialmente de la misma manera que el imán. Cuando la alimentación es aplicada al estator, el flujo de corriente en los devanados provoca que el campo electromagnético se expanda el cual corta a través de las barras del rotor. Cuando un conductor, como las barras del estator, atraviesa un campo magnético un voltaje es inducido provocando un flujo de corriente en el conductor. El flujo de corriente en las barras produce campos magnéticos alrededor de de cada barra del rotor. Debido a que en un circuito de CA la corriente continuamente cambia de dirección y amplitud, el campo magnético resultante del estator y del rotor continuamente cambian. El rotor jaula de ardilla se comporta como un electroimán que alterna sus polos norte y sur.

2.6.4 Motor de rotor devanado Existe otro tipo de rotor llamado rotor devanado, la mayor diferencia entre el rotor jaula de ardilla y el rotor devanado es que los conductores del rotor devanado son bobinas en lugar de barras, estas bobinas son conectadas a través de anillos colectores y cepillos a resistencias externas variables. El campo magnético rotatorio induce un voltaje en los devanados del rotor.


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Incrementar la resistencia de los devanados del rotor provoca un flujo de corriente menor en los devanados, decreciendo la velocidad. Disminuir la resistencia por consiguiente permite mayor flujo de corriente, incrementando la velocidad del motor.

2.7 Especificaciones de los Motores La placa de un motor proporciona información importante necesaria para la elección y aplicación. La imagen 2-25 ilustra la placa de un motor de 30 caballos de fuerza de CA. Las especificaciones están dadas por la carga y las condiciones de operación así como protección del motor y eficiencia.

Figura 2- 25. Ejemplo de una placa de especificaciones.

2.7.1 Voltaje y amperes Los motores de CA están diseñados para operar voltajes y frecuencias estándar, este motor esta diseñado para uso en sistemas de 460 VCA. A carga completa la corriente de este motor es de 34.9 amperes.

2.7.2 RPM La velocidad esta dada en RPM, es la velocidad que indica que tan rápido la flecha girara el equipo conectado a plena carga a los voltajes y frecuencia especificados.

2.7.3 Factor de servicio Un motor diseñado para operar a sus caballos de fuerza especificados tiene un factor de servicio de 1.0, esto significa que el motor puede operar al 100% de su caballaje. Algunas aplicaciones pueden requerir que el motor exceda su caballaje, en estos casos un motor con un factor de servicio de 1.15 puede ser el indicado, en este caso significaría que el motor puede operar 15% arriba del caballaje especificado en la placa.


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2.7.4 Clase de aislamiento La asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos (NEMA – Nacional Electrical Manufacturers Association) ha establecido clases de aislamiento para cubrir requerimientos de temperatura del motor encontrados en diferentes ambientes de operación. Las clases de aislamiento son 4: A, B, F y H. La clase F, es la más usada, la clase A es medianamente usada. Antes de que un motor arranque sus devanados están a temperatura ambiente, NEMA ha estandarizado un ambiente de temperatura de 40°C, o 104°F para todas las clases de motores. La temperatura se incrementará tan pronto como el motor arranque, cada clase de aislamiento específica el nivel de temperatura permisible. La combinación de temperatura ambiente y la temperatura de incremento permisible es igual a la temperatura máxima de los devanados del motor. Por ejemplo un motor de clase F, tiene un incremento máximo de temperatura de 105° C cuando opera a un factor de servicio de 1.0. La máxima temperatura es 145° C (40° del ambiente más 105° de incremento).

2.7.5 Eficiencia La eficiencia de un motor de CA es expresada como un porcentaje, es una indicación de que tanta energía eléctrica es convertida a energía mecánica, la eficiencia nominal del motor del ejemplo es de 93.6%, entre mayor sea el porcentaje mayor será la eficiencia del motor.

Capitulo 2 Controlador Lógico Programable

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La ingeniería de control ha evolucionado al paso del tiempo. En el pasado los humanos fueron el método principal para controlar un sistema. Más recientemente la electricidad ha sido usada para el control y el control eléctrico fue basado en relevadores. Estos relevadores permiten que la alimentación sea encendida o apagada sin interruptores mecánicos. Es común usar relevadores para hacer decisiones lógicas simples. El desarrollo de la computadora a bajo costo a permitido la más reciente revolución; el Controlador Lógico Programable (PLC – Programmable Logical Controller). La aventura del PLC comenzó en los 70s, y ha venido a ser la elección más común para los procesos de manufactura. Los PLCs han ganado popularidad en los pisos de las fábricas y probablemente continuará predominando durante mucho tiempo, esto debido básicamente a las ventajas que ofrecen:

Costo rentable para controlar sistemas complejos. Flexibilidad de adaptabilidad para controlar otros sistemas rápida y fácilmente. Su compatibilidad con las computadoras permiten control más sofisticado. La localización de fallas es rápida y su programación reducen los tiempos muertos. La confiabilidad de sus componentes los hacen operar por años sin fallas.

2.8 Controlador lógico Programable Un PLC es un dispositivo creado para reemplazar los relevadores electromagnéticos como elementos lógicos, por señales digitales almacenadas en un programa, que tienen la capacidad de emular la interconexión de varios relevadores. El PLC consiste de un CPU, áreas de memoria y de circuitos apropiados para recibir datos de entrada y salida. Se podría considerar al PLC como una caja llena de cientos de relevadores, contadores, temporizadores (timers) y áreas de almacenamiento de datos.

Figura 2- 26. Partes de un PLC.

2.8.1 Operación del PLC Un PLC opera bajo el escaneo continuo de un programa, el ciclo de escaneo consta de varios pasos, pero existen 3 que son los más importantes que son los que se muestran en la figura 2-27.


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Checar el estado de la entrada

Ejecutar el programa

Actualizar el estatus de la salida

Figura 2- 27. Ciclo de escaneo del PLC.

1. Checar el estado de la entrada. Primero el PLC checa cada entrada para determinar si esta

encendida o apagada, en otras palabras, existe algún sensor conectado a la entrada, registra la información en memoria para ser usada en el siguiente paso.

2. Ejecutar el programa. El PLC ejecuta su programa, instrucción por instrucción, puede ser que el programa indique que si la primera entrada esta activada, el PLC deba activar la primera salida. EL PLC actualmente sabe que entrada esta activada/apagada del resultado del chequeo del paso 1 y podrá tomar decisiones de que salidas activar. Los resultados de las decisiones tomadas se guardaran para ser usados en el siguiente paso.

3. Actualizar el estado de las salidas. Finalmente el PLC actualiza el estado de las salidas, actualiza las salidas basándose en las entradas activadas encontradas durante el paso 1 y los resultados de la ejecución del programa del paso 2.

Después de concluir el paso 3 el PLC regresa al paso 1 y repite todos los pasos continuamente. Un escaneo se completa cada vez que los 3 pasos se ejecutan.

2.8.2 Tiempo de respuesta La respuesta total de un PLC es un punto que se debe considerar si se decide comprar uno. Al PLC le toma cierto tiempo reaccionar a los cambios, en algunas aplicaciones la velocidad podría ser un factor importante, en otras tal vez no. El PLC puede ver únicamente una entrada activada/desactivada cuando efectúa el escaneo, en otras palabras únicamente checa entradas durante el chequeo del estatus que es el paso 1 del escaneo.

Figura 2- 28. Ciclo de escaneo de un PLC.


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En el diagrama de arriba, el cambio de la entrada 1 no es visto hasta el escan 2, esto es por que cuando la entrada 1 cambio de estado a ON, el escan 1 ya había terminado de checar las entradas. El cambio de la entrada 2 no es visto hasta el escan 3, esta debido también a que, cuando la entrada 2 cambio a ON el escan 2 ya había terminado de checar las entradas. El cambio en la entrada 3 nunca es visto, esto por que cuando el escan 3 checo las entradas, la señal 3 no estaba en estado ON, esta permanecerá OFF hasta que el escan 4 cheque las entradas.

2.8.3 Relevadores El relé o relevador es un dispositivo electromecánico, que funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de un electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes. Un relevador es capaz de controlar un circuito de salida de mayor potencia que el de la entrada. Los contactos de un relevador pueden ser normalmente cerrados (NC), normalmente abiertos (NA) o de conmutación. Los contactos normalmente abiertos conectan el circuito cuando el relé es activado; el circuito se desconecta cuando el relé esta inactivo. Este tipo de contactos son ideales para aplicaciones en las que se requiere conmutar fuentes de poder de alta intensidad para dispositivos remotos. Los contactos normalmente cerrados desconectan el circuito cuando el relé es activado, el circuito se conecta cuando el relé esta inactivo. Los contactos de conmutación controlan dos circuitos: un contacto normalmente abierto y uno normalmente cerrado con una Terminal común.

2.8.4 Diagramas de Escalera Los diagramas de escalera son esquemas especializados comúnmente usados para documentar sistemas de control lógico. Son llamados diagramas de “escalera” por que asemejan a una escalera, con dos rieles verticales (rails), tantos “escalones” (rungs, líneas horizontales) como el número de circuitos a representar. Si se creará un diagrama de escalera para representar una lámpara que es controlada por un interruptor de mano, sería de la siguiente manera.

Figura 2- 29. Ejemplo de un diagrama de escalera.

L1 y L2 se refieren a los polos de una fuente de poder de 120 VCA, a menos que se denote lo contrario. En los diagramas de escalera, el dispositivo de carga (lámpara, relevador, solenoide, etc.), es siempre dibujado en el lado derecho del escalón. Mientras que no importa eléctricamente donde el relevador se


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encuentre en el escalón, importa que extremo de la fuente de alimentación se pone a tierra para una operación confiable. Tomando como base el circuito de la Figura 2-29, la lámpara (carga) esta localizada en el extremo derecho del escalón y es la conexión a tierra de la fuente de alimentación. Esto no es accidente ni coincidencia, son consideraciones de un buen diseño práctico. Supóngase que el conductor 1 fuera aterrizado accidentalmente, el circuito se vería afectado de la siguiente manera:

Figura 2- 30. Circuito aterrizado.

Con ambos lados conectados a tierra (L2 es considerado como tal), la lámpara estaría en corto circuito e inhabilitada para encender. Si el interruptor fuera cerrado y L1 tuviera un fusible, este último se quemaría inmediatamente.

L1 L2

LámparaInterruptor

1

Figura 2- 31. Circuito aterrizado sin seguridad.

Ahora si se cambiara la lámpara del lado izquierdo y el interruptor del lado derecho, el activarlo o no, no tendría efecto alguno. La lámpara permanecería todo el tiempo encendida. Es mucho más seguro tener un sistema que queme un fusible en caso de que alguna línea se aterrice, que tener un sistema fuera de control que encienda, lámparas, relevadores, etc. Por esta razón, las cargas deben siempre estar conectadas en el conductor de tierra identificado en el diagrama de escalera.

2.9 Programación de PLCs Existen diferentes métodos para programar PLCs, uno de estos métodos es la utilización de códigos de operación en forma de listado que le indica al PLC la secuencia exacta de operaciones a realizar. Habitualmente estas operaciones son: “examinar el estado de la entrada x”, “activar la salida y”, codificadas con nombres conocidos como MNEMONICOS, LOD y, OUT z, etc. Otro método consiste en la utilización de símbolos gráficos que representan determinadas operaciones básicas del PLC. La principal ventaja de este sistema es que esta estandarizado y que no depende de la marca de PLC que se esta programando. Además existen programas para PC que permiten construir los programas del PLC de forma gráfica, por manipulación de estos símbolos.


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Finalmente, el método de programación de escalera (Ladder), que dado su sencillez y similitud con los diagramas eléctricos es el más difundido en la actualidad.

2.9.1 Sistema de programación de escalera El nombre del método de programación (escalera) proviene de su semejanza con el diagrama del mismo nombre que se utiliza en los circuitos eléctricos. Como referencia tomemos el siguiente diagrama:

Figura 2- 32. Diagrama de escalera de un PLC.

Si se considera al diagrama anterior como un circuito eléctrico, la línea vertical del lado izquierdo representa un conductor con voltaje, la línea vertical del lado derecho representa la tierra o el neutro de una línea de alimentación. Los símbolos usados son los siguientes:

Debido a que la carga puede ser la bobina de un relé cuyos contactos se encuentran en otros escalones (rungs), puede hacerse depender la conexión o activación de determinadas cargas no solo de los contactos utilizados en el renglón en el que se encuentra esa carga, si no también de otros renglones.

2.9.2 Elementos y sintaxis de la programación en escalera El primer paso para comenzar la programación, es conocer el vocabulario (elementos disponibles para el programador) y la sintaxis del lenguaje (formas permitidas de conectar y usar los elementos). Cada renglón del programa de escalera tiene en el margen izquierdo un conjunto de condiciones que deben cumplirse para activar las salidas que se encuentran en el margen derecho.


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Los elementos a evaluar para decidir si activar o no las salidas en determinado renglón, son variables lógicas o binarias, que pueden tomar solo dos estados: presente o ausente, abierto o cerrado, 1 o 0, y que provienen de entradas al PLC por relés internos del mismo. En la programación en escalera, estas variables se representan por contactos, que justamente pueden estar en solo dos estados: abierto o cerrado.

2.9.3 Funciones lógicas Se pueden construir funciones lógicas a partir de un diagrama de escalera, si se usara un esquema binario para el estatus de los interruptores y las cargas (lámparas, relevadores, etc.), 0 para no-actuado o no-energizado y 1 para actuado o energizado, se podrían crear tablas de verdad para el comportamiento del diagrama, los ejemplos se encuentran en el anexo 2. Las salidas de un programa de escalera son equivalentes a las cargas (bobinas de relés, lámparas, etc.) en un circuito eléctrico. Como indica esta analogía, dos o más salidas pueden programarse en paralelo siempre que se desee activarlas y desactivarlas a la vez. Como salidas en el programa del PLC se toman no solo a las salidas que el equipo provee físicamente hacia el exterior, sino también las que se conocen como “relés internos”. Los relés internos son simplemente variables lógicas que se usan para memorizar estados o como acumuladores de resultados que se utilizaran posteriormente en el programa. Existen dos formas básicas de activar o desactivar las salidas: con retención y sin retención. La forma más común es la activación no retenida, lo que significa que las salida es activada si se cumplen las condiciones del renglón en el que esta programada y se desactiva inmediatamente cuando las condiciones dejan de cumplirse. Las salidas retenidas, por el contrario, se activan o desactivan en renglones diferentes y por instrucciones diferentes. Cuando se cumple el renglón en el que la salida debe activarse, esta lo hace y permanece así, aun cuando la condición de activación deje de cumplirse. El único modo de apagar o desactivar la salida retenida es programando un renglón con la correspondiente instrucción de apagado de las salida en cuestión. Las instrucciones de retención y liberación de salidas se usan por pares.

2.9.4 Registros En el diagrama de la Figura 2-33. Físicamente el int. 1 esta abierto (Off o apagado) y el int. 2 cerrado (On o encendido).

Figura 2- 33. Diagrama de escalera.


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A cada símbolo (o instrucción) se le ha dado una dirección. La dirección guarda el estatus (cierto/falso, 1/0) de la instrucción en cierta área de almacenamiento. Algunos PLCs usan 16 slots o locaciones de bit donde se registra el estatus de las entradas y salidas. En el ejemplo de arriba se están usando dos registros de almacenamiento.

Registro 00

15 14 13 12 11 10 09 08 07 06 05 04 03 02 01 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0

Registro 05

15 14 13 12 11 10 09 08 07 06 05 04 03 02 01 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

De las tablas anteriores se observa que el registro 00, bit 00 (entrada 0000) tiene un estado lógico 0 y el bit 01 (entrada 0001) 1. El registro 05 muestra que el bit 00 (salida 0500) tiene un estado lógico 0. El valor lógico 0 o 1 indica si la instrucción es falsa o verdadera.

Tabla 2- 2. Condición lógica del símbolo.

Condición lógica del símbolo Bit Load (contacto NA) Load Bar (Contacto NC) Salida 0 False True False 1 True False True

Para que la bobina se energice todas las condiciones en el renglón (escalón) deben ser verdaderas (TRUE), para ver que esto se cumple, se podría construir una tabla de verdad.

Tabla 2- 3. Tabla de verdad del circuito.

Entradas Salidas Registro Int 1 Int 2 Bobina Int 1 Int 2 Bobina False True False 0 0 0 False False False 0 1 0 True True True 1 0 1 True False False 1 1 0

2.9.5 Instrucción Latch Para entender el funcionamiento de las instrucciones latch tomemos como ejemplo el control remoto de una televisión el cual tiene un botón de encendido y uno de apagado. Cuando se pulsa el botón de encendido la televisión enciende y si se oprime el de apagado la televisión se apaga.


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No es necesario mantener presionado el botón de forma permanente para que la televisión permanezca encendida, esto es justamente lo que una instrucción latch realiza. La instrucción latch es comúnmente llamada SET u OTL (Output Latch). La instrucción unlatch es llamada RES (reset), OUT (Output unlatch) o RST (reset). El diagrama de abajo muestra como usarlas.

Figura 2- 34. Instrucción Latch

En el diagrama anterior se están usando dos botones de pulso momentáneo, uno es físicamente conectado a la entrada 0000 mientras que el otro es físicamente conectado a la entrada 0001. Cuando el operador presiona el botón 0000 la instrucción “SET 0500” es verdadera (TRUE) y permanecerá así aunque el botón 0000 no este presionado. La única manera de apagar la salida 0500 es presionando el botón de la entrada 0001, este causa que la instrucción “RES 0500” sea verdadera (TRUE) por lo tanto libera o resetea la salida 0500.

2.9.6 Contadores Los contadores dentro del control son empleados para contar, por ejemplo; piezas o ciclos de trabajo y la combinación de varios de ellos. Los PLCs incorporan funciones que permiten realizar estas operaciones y reemplazar programadores de leva y realizar funciones que pudieran ser muy complicadas. Todos los contadores tienen una entrada de pulsos a contar, una entrada de RESET, que cuando es activada lleva al contador a su estado inicial y una salida que se activa cuando la cuenta llega a su valor final. El tipo más común de contador es el ascendente, en el que el estado inicial es: cuenta=0 con la salida desactivada. Al ir recibiendo pulsos en la entrada de conteo, la cuenta aumenta manteniendo siempre la salida desactivada hasta el momento en que la cuenta llega al valor establecido en el programa y por consiguiente se activa la salida. En el contador descendente se programa un valor inicial distinto de 0, la salida se activa cuando la cuenta regresiva llega a cero. Existe otro tipo de contador llamado ascendente-descendente, que posee una entrada adicional para gobernar el sentido del conteo. Asociadas a los contadores, se encuentran funciones que permiten la lectura del estado de estos y su comparación con valores predeterminados por el programador.


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Para usar un contador se necesita:

1. Saber de donde vienen los pulsos que se desean contar. Típicamente estos vienen de las entradas (por ejemplo un sensor o un botón).

2. Saber cuantos pulsos se deben contar antes de que la salida sea activada. 3. Saber cuando se reiniciará el contador para que comience a contar de nuevo.

Los contadores pueden contar de 0 a 9999, de -32,768 a +32,767 o de 0 a 65535, ¿por que estos números?, por que la mayoría de los PLCs tienen contadores de 16 bits. Los símbolos de instrucciones de los PLCs varían, dependiendo del fabricante del que se trate, pero a pesar de que luzcan diferentes, todos operan básicamente de igual manera.

Figura 2- 35. Contador El contador anterior tiene dos entradas: RESET. Cuando esta entrada es activada el conteo acumulado (actual) se regresa a cero. PULSE. Es la señal de donde vienen los pulsos que se deben contar. Cxxx. Es la etiqueta que se le asigna al contador. Yyyy. Es el número de pulsos que se tienen que contar antes de tomar alguna acción. Existen también contadores ascendentes-descendentes, estos se simbolizan de la siguiente manera.

Figura 2- 36. Contador ascendente-descendente.


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En los contadores ascendentes-descendentes se asignan 3 entradas: RESET. Tiene la misma función que la de un contador normal, poner a cero el contador. DOWN. Señal de entrada para la cual se contaran los pulsos en forma descendente. UP. Señal de entrada para la cual se contaran los pulsos en forma ascendente. Cxxx. Es la etiqueta que se le asigna al contador. yyyy. Es el número de pulsos a los que se tiene que llegar antes de tomar alguna acción.

2.9.7 Temporizadores (Timers) Un temporizador o timer es una instrucción que espera una cantidad de tiempo preestablecida antes de ejecutar alguna acción. Al igual que los contadores, existe una variedad de timers, los cuales dependen del fabricante del que se trate, a continuación se listan los más comunes:

Retardo al encendido (On deLay). Este tipo de timer retarda la activación (encendido), en otras palabras después de que la entrada se activo espera x-numero de segundos antes de activar una salida. Este es el timer más común y es comúnmente llamado TON (Timer On Delay).

Retardo al apagado (Off Delay). Este tipo de timer es opuesto al TON, retarda la activación al apagado. Después de que se activo la entrada espera x-numero de segundos antes de apagar la salida. Es comúnmente llamado TOF (Timer Off Delay), debido a que es menos común su uso algunos fabricantes no lo incluyen en sus PLCs.

Cronómetro acumulativo o retentivo. Este tipo de timer necesita 2 entradas, una entrada inicia el conteo del tiempo y la otra lo inicializa. Un timer TON o TOF se resetearía cuando su entrada se activará/desactivará para la duración completa de tiempo establecida. En cambio estos timers retienen el tiempo transcurrido actual en el que la entrada se desactivó. Este tipo de timers son comúnmente llamados RTO (Retentive Timer) o TMRA (Accumulating Timer).

Los incrementos en los timers pueden variar de acuerdo al fabricante, la mayoría de ellos ofrecen incrementos de 10 y 100 milisegundos (ms), algunos otros 1 milisegundo. El símbolo comúnmente usado para representar un timer se muestra a continuación (puede variar dependiendo del fabricante), pero en esencia todos los timers tienen el mismo principio de funcionamiento.

Figura 2- 37. Temporizador (Timer). Txxx. Es la etiqueta que se le asignará al timer. yyyy. Es el tiempo predeterminado que debe transcurrir antes de tomar alguna acción. ENTRADA. Es la señal que activa o desactiva el temporizador.


34

El símbolo para representar un timer acumulativo o retentivo es el siguiente:

Figura 2- 38. Temporizador acumulativo o retentivo. A diferencia del símbolo de la Figura 2-37 solo se agrega una entrada más RESET la cual se usa para regresar el temporizador a su valor preestablecido.

Capitulo 2 Sensores

35

2.10 Sensores Una necesidad de los sistemas de control industrial es obtener la posición de uno o más componentes del proceso que será controlado. Los sensores son dispositivos que permiten proveer información de la presencia o ausencia de un objeto. Las tecnologías empleadas para producir sensores son variadas, las cuales se pueden resumir en la siguiente tabla.

Tabla 2- 4. Clasificación de los sensores.

Sensor Ventajas Desventajas Aplicaciones Interruptor de Limite Alta capacidad

Bajo Costo Requiere contacto físico con el objeto.

Respuesta muy lenta Contacto de rebote

Monitoreo básico de fin de línea.

Fotoeléctrico Detecta todo tipo de material.

Duración larga Rango de detección alto.

Tiempo de respuesta muy rápido.

Los lentes son susceptibles a contaminación.

El rango de detección es afectado por el color y la reflectividad del objeto

Empaquetado Manejo Material Detección

Inductivo Resistente a ambientes ásperos.

Muy predecible Tiempo de vida largo. Fácil de instalar.

Limitaciones de distancia

Industriales y maquinas de herramienta

Detectar solo objetos de metal.

Capacitivo Detección a través de ciertos contenedores.

Puede detectar objetos no metálicos.

Muy sensitivo a cambios ambientales extremos

Detección de niveles

Ultrasónico Detección de todos los materiales

Resolución Repetitividad Sensible a cambios de temperatura.

Puertas Control de nivel.

En este trabajo nos concentraremos en el análisis del sensor fotoeléctrico el cual será utilizado para controlar el ajuste de la grúa.

2.10.1 Sensores fotoeléctricos Un sensor fotoeléctrico es un dispositivo usado para detección de posición. Los sensores fotoeléctricos usan un rayo de luz modulado que es interrumpido o reflejado por un objeto. El control consiste de un emisor (fuente de luz), un receptor para detectar la luz emitida y la electrónica asociada que evalúe y amplifique la señal detectada que hace que la salida del interruptor fotoeléctrico cambie de estado. La luz modulada aumenta la gama de detección mientras que reduce el efecto de la luz ambiente. La frecuencia modulada se genera a una frecuencia especifica entre 5 y 30 Khz. El sensor puede

Capitulo 2 Sensores

36

distinguir la luz modulada de la luz ambiente. Las fuentes de luz usadas por estos sensores extiende el espectro de luz del verde visible al infrarrojo invisible. Como fuente se utiliza un diodo emisor típicamente. Algunos ambientes, particularmente aplicaciones industriales, incluyen polvo, suciedad, humo, humedad u otros contaminantes volátiles. Un sensor que opera en ambientes que contienen estos contaminantes requiere más luz para operar adecuadamente. Existen 6 grados de contaminación:

1. Aire limpio (condición ideal, clima controlado o esterilizado). 2. Contaminación ligera (interiores, áreas no industriales, edificios de oficina). 3. Contaminación baja (Almacén, luz industrial, operaciones de manejo de material). 4. Contaminación moderada (Humedad alta, vapor). 5. Contaminación alta (Aire cargado de partículas, elevadores de grano) 6. Contaminación severa (Compartimientos de carbón, residuos en el lente)

El exceso de aumento representa la cantidad de luz emitida por el transmisor en exceso para poder operar el receptor. En ambientes limpios el exceso es igual o no mayor a 1.

2.10.2 Técnicas de escaneo Una técnica de escaneo es un método usado por el sensor para detectar un objeto. La mejor técnica a usar depende del objeto en cuestión. Algunos objetos son opacos y otros son altamente reflectivos, en ambos casos es necesario detectar un cambio en el color. Escanear distancias es también un factor a la hora de seleccionar una técnica de escaneo, algunas técnicas trabajan bien en distancias grandes mientras que otras trabajan mejor cuando el objetivo esta cerca del sensor.

2.10.2.1 A través del haz de luz Para usar la técnica a través de haz de luz se requiere que el transmisor y receptor sean unidades separadas. Las unidades están alineadas de tal forma que la mayor cantidad de luz emitida por el emisor sea alcanzada por el receptor. Un objeto que se coloque en la línea del rayo de luz lo bloqueara hacia el receptor, provocando que la salida del receptor cambie de estado. Cuando el objeto deje de bloquear el rayo, la salida del receptor regresa a su estado normal. Esta técnica es recomendable para detección de objetos reflectivos u opacos. No puede ser usada para detectar objetos transparentes.

Figura 2- 39. Detección a través del haz de luz.

Capitulo 2 Sensores

37

2.10.2.2 Haz de luz efectivo El rayo efectivo es el diámetro de los lentes del sensor y el emisor. El haz efectivo se extiende desde el lente del emisor al del receptor. El tamaño mínimo del objeto debe ser igual al diámetro de los lentes.

Figura 2- 40. Haz de luz efectivo en un sensor fotoeléctrico.

2.10.2.3 Escaneo reflectivo El emisor y el receptor están en la misma unidad. La luz del emisor es transmitida en línea recta hacia un reflector y este lo retorna al receptor. Cuando un objeto bloquea el haz de luz la salida del sensor cambia de estado. El rango máximo es de 35ft.

Figura 2- 41. Escaneo reflectivo.

2.10.2.4 Escaneo difuso El emisor y el receptor se encuentran en la misma unidad. Cuando la luz del emisor golpea al blanco la luz refractada es difundida desde la superficie del objeto en todas direcciones. Si el receptor recibe suficiente luz refractada la salida del sensor cambia de estado. Cuando no existe luz refractada hacia el receptor la salida del sensor regresa a su estado original. En el escaneo difuso el emisor es colocado en forma perpendicular al objeto, por lo que el receptor estaría a cierto ángulo para recibir algo de la luz dispersada (difundida) por reflexión. Solamente una pequeña cantidad de luz alcanzará el receptor, por lo tanto, está técnica tiene un alcance efectivo cercano a 1 m de distancia.

Figura 2- 42. Escaneo Difuso.

2.10.2.5 Escaneo difuso con supresión de fondo Este método es usado para detectar objetos hasta cierta distancia, los objetos que están mas allá de la distancia especificada son ignorados. La supresión de fondo es realizada con un detector de posición (PSD – Position Sensor Detection). La luz reflejada por el blanco golpea el PSD a diferentes ángulos,

Capitulo 2 Sensores

38

dependiendo de la distancia del mismo. Entre mayor sea la distancia más estrecho es el ángulo de la luz reflejada.

Figura 2- 43. Escaneo difuso con supresión de fondo.

2.10.3 Modos de operación Hay dos modos de operación: operación a la oscuridad (dark opearte, DO) y operación a la luz (Light operate, LO). Operación a la oscuridad es el modo en el cual la carga es energizada cuando la luz del emisor esta ausente en receptor.

Figura 2- 44. Modo de operación a la oscuridad. El modo de operación a la luz es aquel en el que la carga es energizada cuando la luz del emisor alcanza al receptor.

Figura 2- 45. Modo de operación a la luz.

Capitulo 3 Operación del Sistema

39

CAPITULO 3


40

3.1 Operación del Sistema Como se ha mencionado anteriormente la función de la grúa es tomar la cabina y la caja trasera de un vehiculo, con la finalidad de montarlo sobre una línea de ensamble. La operación se puede resumir en el siguiente diagrama de flujo.

PLC

Ope

rado

r

Figura 3- 1. Operación del Sistema. En este trabajo nos enfocaremos en la parte de detección del tamaño de la caja trasera del vehiculo, para que el mecanismo que la soporta se ajuste de manera automática y eliminar la intervención del operador.

3.1.1 La grúa La grúa esta dividida en tres secciones:

Mecanismo que toma y carga la cabina del vehiculo. Mecanismo que toma y carga la caja trasera del vehiculo Mecanismo que levanta ambos elementos y los transporta hacia la línea.


41

Mecanismo que toma la cabina

Mecanismo que toma la caja trasera

Mecanismo de elevación y descenso

Figura 3- 2. La grúa

Antes de analizar la operación del mecanismo que toma la caja trasera del vehiculo, veremos por que la importancia de detectar automáticamente el tamaño de la misma y evitar que el ajuste sea efectuado por un operador en la medida de lo posible.

3.1.2 Caja y Cabina A continuación se muestra una cabina y una caja, colocadas en su posición de espera para ser montados en la grúa.

Figura 3- 3. Cabina y caja en posición.

La imagen anterior se tomo con una caja corta, analicemos más de cerca la separación que existe entre la cabina y la caja.


42

Separación Figura 3- 4. Separación entre cabina y una caja corta.

Como se muestra en la Figura 3-4, al emplear una caja corta existe una separación de aproximadamente 35 cm. entre caja y cabina. Con esta separación no es posible montar las piezas sobre el chasis en la línea de producción, ya que ambas partes no pueden estar separadas más allá de 5 cm. una de otra. Cuando la grúa toma la caja y la cabina para ser montadas sobre la línea al operador debe ajustar el mecanismo que toma la caja trasera para que la separación entre ambas sea el estándar establecido.

Figura 3- 5. Cabina y Caja sin separación. Después de que el operador efectuó el ajuste del mecanismo que toma la caja, se observa en la Figura 3-5, la separación entre la cabina y la caja es mínima, esto permite que ambos componentes se alineen adecuadamente. Cuando se coloca una caja larga, el operador no efectúa ningún ajuste ya que la caja larga queda en posición para ser levantada y montada sin necesidad de ajuste alguno. Un descuido del operador al montar sobre la línea una caja, cuyo tamaño sea equivocado deriva en daño físico del producto y, a un paro mayor de línea para remover la caja que se coloco erróneamente.


43

3.2 Operación del mecanismo que toma la caja

3.2.1 Motor Cilíndrico La apertura y cierre de los brazos y el desplazamiento horizontal para unir cabina y caja, son controlados por 2 motores exactamente iguales. A continuación detallaremos la información más relevante del motor para conocer su operación.

3.2.1.1 Construcción Es un motor denominado serie H, es un motor pequeño y compacto, el cual esta dentro de un cilindro recto combinado con un pistón de posicionamiento de alto rendimiento y de un freno encerrado en el mismo cilindro. Además incluye interruptores de límite para controlar el desplazamiento del pistón.

Figura 3- 6. Motor Cilíndrico.

3.2.1.2 Vista estructural A continuación se presenta una vista estructural del motor:

Impulso manualCubierta de la flecha

Motor completamente encerrado

Caja de Engranes Cojinete

Piñon/engranaje para LS

Cojin de armadura

Tornillo Flecha

Agujero lubricación

CollarJunta articulada

Tubo interno (barra)

Tubo Externo

Tuerca de plomo secundaria

EspaciadorCubiertaUnidad LS

Engranes

Figura 3- 7. Vista estructural del motor.


44

3.2.1.3 Operación

Movimiento linear reciproco, arriba, abajo, jala y empuja. Por la acción de auto retención del pistón de posicionamiento y del freno. La carga será

automática y continuamente sostenida cuando la maquina pare o en caso de una falla de energía.

El interruptor de límite colocado a ambos extremos del pistón, permite configurar que este se mueva libremente en caso de requerir que opere de tal manera.

Avance Lento. Existe la posibilidad de que el pistón se mueva lentamente en caso de que se requiera.

3.2.2 Movimiento de los brazos El mecanismo que toma la caja es un sistema muy simple, los brazos están montados sobre dos ejes perpendiculares entre si, conectados mecánicamente. El cierre y apertura de los brazos se efectúa a través del pistón de un motor cilíndrico. EL pistón esta conectado directamente a una palanca que, al aplicar una fuerza sobre ella permite la apertura y cierre de los brazos.

Figura 3- 8. Movimiento de los brazos al activarse el motor.

3.2.3 Ajuste del mecanismo dependiendo del tamaño de la caja El ajuste del mecanismo, el cual se realiza dependiendo del tamaño de la caja trasera, es realizado por un motor exactamente igual al que controla el movimiento de los brazos. Cuando el motor es activado este activa el pistón que empuja la base rectangular donde se encuentran montados los brazos, acercando la caja hacia la cabina.


45

Figura 3- 9. Movimiento del mecanismo al realizar el ajuste, dependiendo del tamaño de la caja.

3.3 Diagramas de Conexión Los diagramas de conexión se describen en el Anexo 3, en dicho anexo se hace énfasis únicamente en el sistema eléctrico de apertura y ajuste del mecanismo de ajuste de brazos, el cual toma la caja trasera del vehiculo. Algunos datos se manejaran en inglés tal como aparece en los diagramas originales, esto con la finalidad de relacionarlos en cada diagrama adecuadamente.

3.4 Programa del PLC Para fines prácticos y centrarnos en las señales requeridas para el control de apertura y desplazamiento de brazos se asumirá que ciertas condiciones dentro del programa del PLC se cumplen, por lo que serán omitidas en el diagrama. El diagrama completo del programa se encuentra en el Anexo 4.


46

Figura 3- 10. Control de apertura y cierre de brazos.

Figura 3- 11. Control de ajuste, caja larga o corta.

Capitulo 4 Solución

47

CAPITULO 4


48

4.1 Solución Para la detección de la caja se utilizará un sensor fotoeléctrico, el cual detectará su tamaño. Dependiendo del tamaño los brazos de la grúa se ajustaran de forma automática. El diagrama mostrado en la Figura 4-1 muestra de manera general como operará el sistema después de agregar el sensor fotoeléctrico en la grúa

PLC

Ope

rado

r

Figura 4- 1. Operación del Sistema después de la modificación. Como se observa en la Figura 4-1, el ajuste de la caja ya no es hecho por el operador, a través del sensor fotoeléctrico el PLC determina el tamaño de la caja que ha sido colocado en la grúa.

4.2 La Caja (Deck) Como se ha mencionado la caja trasera del vehiculo tiene dos tamaños, para efectos de referencia en los diagramas de control a la caja corta se le denomina SHORT DECK y a la larga LONG DECK. Independientemente del tamaño de la caja los soportes donde los brazos son insertados para cargarla están colocados exactamente a la misma distancia, tomando como referencia la puerta de la caja.


49

Figura 4- 2. Ubicación de los orificios para insertar los brazos.

4.2.1 Tamaño de la caja La diferencia del tamaño en longitud de una caja corta a una caja largas es de solo 35 cm. Que es la distancia que se debe ajustar al montar una u otra.

35cm

Figura 4- 3. Diferencia en tamaño entre caja corta y larga.

4.3 El sensor El sensor fotoeléctrico utilizado para la detección del tamaño de la caja es un sensor de distancia ajustable marca OMRON modelo E3S-CL2. Todos los detalles técnicos se encuentran en el anexo 5. Las características principales del sensor son las siguientes:

Orificios para Brazos

1 2

3 4


50

• Las influencias de fondo son eliminadas por el sistema óptico único usado par la detección a distancia.

• Soluciona problemas tradicionales en sensores de reflección difusa: No hay cambios en la distancia para colores o materiales.

• Sistema óptico resistente al efecto de lente sucio. • Ajuste de distancia con indicador de 6 posiciones. • Detección hasta una distancia de 50 cm.

Figura 4- 4. Sensor fotoeléctrico OMRON E3S-CL2.

4.3.1 Colocación del sensor La grúa solo debe realizar el ajuste si la caja que se va a colocar es corta, esto con la finalidad de eliminar la distancia que separa caja y cabina (Figura 3-4). Por lo tanto el sensor se configurará y colocará de tal forma que se detecte cuando se ha colocado una caja corta. El sensor se calibrará para que detecte la caja a una distancia de 25 cm. Para ello el sensor se instalará sobre una barra horizontal ubicada entre los brazos delanteros.

Figura 4- 5. Colocación del sensor. Cuando se coloque una caja corta el sensor se activará, ya que existirá una distancia de 25 cm. entre el sensor y el fondo de la caja, por lo tanto el PLC activará el motor de desplazamiento horizontal (Figura 3-9) para colocar la caja a la distancia Standard de la cabina.


51

4.4 El PLC El PLC empleado para el control de la grúa es un PLC ControlLogix 1756-L55 de Allen Bradley los detalles técnicos se describen en el Anexo 6. Las características principales son las siguientes:

• El controlador ControlLogix provee escalabilidad para manejar una gran cantidad de entradas y salidas.

• El controlador puede ser montado en cualquier ranura de un gabinete de entradas/salidas ControlLogix, además se pueden colocar múltiples controladores en el mismo gabinete. Múltiples controladores pueden comunicarse con otros controladores, pero operar de manera independiente.

• Los controladores pueden monitorear y controlar entradas/salidas en la misma tarjeta, o sobre enlaces establecidos. Los controladores ControlLogix pueden comunicarse con computadoras u otros procesadores a través de RS-232, DeviceNet, ControlNet y redes Ethernet o IP.

4.4. 1 Cambios al programa del PLC Ya que el sensor fotoeléctrico ha sido configurado para detectar la caja corta, solo se modificará el programa del PLC en la sección mostrada en la Figura 3-15 y quedaría de la siguiente manera:

Figura 4- 6. Modificación al programa del PLC.

Como se muestra en la Figura 4-7 se agrego la entrada del sensor en paralelo con el botón actual de control, la entrada I07.3.14 se agrego para asegurar que cuando la grúa opere en forma automática, aunque el operador presione el botón de ajuste, la grúa no efectué ninguna acción.

Capitulo 5 Conclusiones

52

CAPITULO 5

Capitulo 5 Conclusiones

53

5.1 Conclusiones Se ha automatizado el proceso de ajuste del mecanismo de la grúa, con la utilización del sensor fotoeléctrico y una pequeña modificación al programa del PLC, se consiguió automatizar el ajuste de la grúa al tamaño de la caja trasera del vehiculo, con ello se obtuvieron resultados favorables en cuanto a tiempos de operación de la grúa, quitando la responsabilidad del ajuste al operador. Adicionalmente la modificación realizada se traduce en incremento en la seguridad de operación, así como la eliminación de tiempos de paro por errores humanos. El sistema ahora ajusta de forma automática la grúa dependiendo del tamaño de la caja, pero la opción de operación manual no ha sido eliminada completamente, queda disponible para usarse en caso de ser requerido este modo de operación, necesario tal vez para efectuar pruebas, por ejemplo. El uso del PLC se ha extendido rápida y exitosamente en la industria, es una opción viable para la mayoría de los procesos de automatización, puede ser implementado en sistemas que realizan tareas simples o en sistemas que ejecutan una gran variedad de tareas, dependientes entre si. Elegir el PLC adecuado para el sistema que se desea controlar dependerá de la complejidad del sistema en si, además de considerar el factor económico, que sin duda es un factor importante al momento de tomar una decisión.

5.2 Recomendaciones En este trabajo se realizó la modificación del modo de operación de la parte que carga la caja trasera del vehiculo, la cual es solo una pequeña porción del sistema total. Debido a la complejidad de operación es posible también en un futuro realizar modificaciones a:

• La porción de la grúa que toma la cabina a fin de incrementar la seguridad de operación. • La automatización del descenso de la grúa cuando ambos elementos (Cabina y Caja) han sido

colocados sobre la línea y esta se sincroniza con la grúa para efectuar el descenso. • Monitorear el tamaño del chasis que esta corriendo sobre la línea de ensamble y sincronizar

resultados con la grúa antes de colocar la caja trasera, esta confirmación actualmente es hecha por un operador.

Bibliografía

54

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Anexo 1 Estado del Arte

57

Anexo 1

Anexo 2 Funciones Lógicas

58

Anexo 2

Anexo 3 Diagramas de Conexión

59

Anexo 3

Anexo 4 Programa del PLC

60

Anexo 4

Anexo 5 Sensor Fotoeléctrico

61

Anexo 5

Anexo 6 PLC 1756-L55

62

Anexo 6


A1-1

Técnicas de detección y Diagnóstico de fallos en Máquinas Eléctricas de Inducción Por C.J Verucchi y G. G Acosta, Senior Member IEEE

Métodos de detección de fallos on-line a) Obtención del espectro de frecuencias de la corriente del

estator. La corriente de estator en las máquinas de inducción contiene generalmente armónicos que se deben a que la disposición de los devanados en las ranuras no es perfectamente sinusoidal sino escalonada, a las imperfecciones o irregularidades originadas en la fabricación del motor y a las posibles componentes armónicas presentes en la fuente de alimentación. Ante un cortocircuito en alguna de las bobinas del estator, ya sea entre bobinas o espiras de la misma fase o entre bobinas de fases diferentes, la configuración de la fuerza magnetomotriz giratoria se ve afectada y como consecuencia, las componentes armónicas de las corrientes de estator también ven afectadas sus amplitudes. Teniendo en cuenta esto último, y realizando un seguimiento periódico del espectro de frecuencias de las corrientes de estator es posible detectar pequeños cortocircuitos y evitar consecuencias drásticas. Las frecuencias que se ven afectadas por este tipo de fallo están dadas por [8]:

( )

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ −⋅±

psnkf 1

1 (1)

con k = 1 , 3 y n = 1, 2, 3 , ... (2.p-1) y donde f

1 es la frecuencia de la fuente de

alimentación, s, el deslizamiento del motor y p el número de pares de polos. Es importante destacar que, tal como se observa en (1), las componentes afectadas son función del deslizamiento y por ende la frecuencia a la que se manifiestan dependen del estado de carga del motor. Asimismo, la variación de la amplitud en las componentes armónicas que se ven afectadas por un fallo es variable con la carga del motor, por lo cual, es conveniente realizar las comparaciones para estados de cargas similares.

La incidencia de un fallo sobre cada componente armónica es variable de un motor a otro y depende fundamentalmente de las características del devanado. En algunos casos, inclusive, algunas componentes pueden reducir su valor ante un fallo.


A1-2

Figura1. Comparación del espectro de frecuencia de la corriente de estator de un motor en estado normal y con un cortocircuito en una bobina. A manera de ejemplo se presenta en la figura 1 una comparación entre el espectro de frecuencias de la corriente de estator de un motor de 3 HP, 380 V y 50 Hz y cuatro polos en condiciones normales, con el mismo motor con una de sus bobinas en cortocircuito (la corriente en el lazo en cortocircuito fue limitada a un valor igual al de la corriente nominal del motor). De acuerdo a (1), con el motor en vacío las componentes más importantes a las que se manifiesta el fallo se encuentran a 25 y 75 Hz aproximadamente, tal como se comprueba en la figura. En lo que se refiere a fallos en el rotor, la fractura de una de sus barras o de uno de sus anillos de cortocircuito, convierte al rotor en un circuito trifásico desequilibrado [9]. Tal desequilibrio se manifiesta por medio de la circulación de corrientes de secuencia inversa. Como consecuencia de ello, se establece un campo magnético que gira en sentido contrario al sentido de rotación del rotor, con una velocidad:

ωω ⋅−= sCGI

(2)


A1-3

donde ω

CGI indica la velocidad del campo giratorio inverso con respecto al rotor y s el

deslizamiento en tanto por unidad. La velocidad del campo giratorio inverso con respecto al estator resulta:

( ) ωω ωωω0

1 −=⋅−+⋅−= sss

CGI (3)

donde: ωω ⋅⋅= s2

0 (4)

Este campo giratorio provoca un Nuevo par sobre el rotor a frecuencia: fsf ⋅⋅= 2

0 (5)

siendo f la frecuencia de la red. Este par, a su vez, ocasiona una oscilación en la velocidad del rotor, cuya amplitud depende de la inercia acoplada. Tales oscilaciones afectan a las corrientes de estator, sobre las cuales se inducen las denominadas bandas laterales dadas a las frecuencias: ( ) fsf s

⋅⋅±= 21 (6)

Estas bandas laterales permiten identificar claramente fallos en el rotor, las frecuencias a las que se manifiestan son función del deslizamiento del motor y su amplitud es fuertemente dependiente del estado de carga. Un diagnóstico correcto exige como mínimo que el motor se encuentre por encima de la mitad de su carga nominal. Algunas cargas que presentan pares pulsantes (tales como los compresores) pueden provocar bandas laterales similares a las producidas por un fallo e interferir en el diagnóstico [10]. Las excentricidades en el rotor, por otra parte, provocan armónicos a frecuencias dadas por [11]:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −⋅±=

psmff sexc

11 (7)


A1-4

con m = 1,2,3... y donde f

exc es la frecuencia de los armónicos afectados por el fallo, s es

el deslizamiento, p el número de pares de polos y f1

la frecuencia de la red de alimentación. Finalmente, algunos trabajos demuestran la capacidad de esta técnica para la detección de fallos producidas en los rodamientos [12]. Un fallo en algún elemento rodante del rodamiento provoca vibraciones a la frecuencia dada por:

( )⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛⋅−⋅

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛=

2

cos1 βpbfb

pfd

d

md

d

b (8)

Donde n es el número de elementos rodantes, f

rm, la velocidad de rotación en vueltas por

segundo, pd

es el diámetro medio del rodamiento, bd

el diámetro de cada bola y β el ángulo de contacto de las bolas con las pistas del rodamiento. Estas vibraciones en el rotor de la máquina se traducen en componentes armónicas en las corrientes del estator y, de este modo, el fallo puede ser identificado. Del mismo modo, fisuras en la pista exterior derivan en vibraciones a la frecuencia siguiente:

( )⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡⋅−⋅⋅⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛= βcos1

20 pbff

d

d

m

n (9)

Y se manifiesta en la corriente del estator a través de componentes a frecuencias: ff k

e 0⋅± (10)

Las fisuras o defectos en la pista interior de un rodamiento producen vibraciones a la frecuencia dada por:


A1-5

( )⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡⋅+⋅⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛= βcos1

2 pbf

d

d

ifrmn

(11)

y se traducen en componentes en las corrientes de estator a frecuencias dadas por:

ff iek ⋅± (12)

Es importante destacar que para este tipo de fallos, el empleo del espectro de armónicos de la corriente de estator se ha implementado en pruebas de laboratorio y con fallos provocadas intencionalmente. A diferencia de los demás fallos, en este caso aún no se ha reportado un número suficiente de aplicaciones reales que permitan ponderar la capacidad de diagnóstico de esta técnica en un entorno industrial.

b) Vector complejo de Park La conocida transformación de Park permite referir las variables de una máquina trifásica a un sistema de dos ejes en cuadratura. El seguimiento continuo del fasor espacial que surge de la aplicación de dicha transformación se puede emplear con fines de diagnóstico [13]. Las componentes de la corriente del estator en los ejes directo y en cuadratura (D y Q), fijos al estator se obtienen por medio de las siguientes relaciones:

iiii CBAD 61

61

32

−−= (13)

iii CBQ 61

32

−= (14)

Donde i

A, i

B e i

C son las corrientes de las fases A, B y C del estator. En condiciones

ideales, cuando un motor sin fallos se alimenta a través de un sistema trifásico de corrientes sinusoidales, equilibrado y de secuencia positiva, las componentes del vector de Park determinan una circunferencia centrada en el origen del plano D-Q con radio aproximadamente constante, tal como se observa en la figura 2.


A1-6

Figura 2. Lugar geométrico del vector de Park en condiciones normales de funcionamiento. En caso de un cortocircuito en devanados del estator, el motor se comporta como una carga desequilibrada y las corrientes del estator dejan de constituir un sistema balanceado. Tales desequilibrios provocan una oscilación en el radio del vector de Park y derivan en formas elípticas. La figura 3 muestra el resultado obtenido sobre un motor con dos bobinas de la fase a (sobre un total de 16), en cortocircuito. La inclinación del eje mayor de la elipse indica la fase sobre la cual se produjo el fallo [14].

Figura 3. Lugar geométrico del vector de Park, en un motor con bobinas en corto circuito. La aplicación práctica de esta herramienta de diagnóstico fue realizada utilizando transformadores de corriente con sus secundarios cortocircuitados por medio de resistencias muy pequeñas. Las caídas te tensión sobre dichas resistencias fueron amplificadas y registradas por medio de un equipo de adquisición de datos de alta velocidad de muestreo. Los datos obtenidos fueron filtrados, digitalizados y transferidos a una computadora personal a través de su puerto paralelo. En la computadora se ejecutó un programa desarrollado en LabView que toma, a intervalos de un segundo, las señales


A1-7

de corriente durante un tiempo de aproximadamente 50 ciclos de la red de alimentación. El programa, posteriormente, obtiene el espectro de frecuencias de las corrientes y por medio de las ecuaciones (13-14) calcula las componentes del vector de Park y lo presenta en las gráficas que se observan en las figuras. Otra forma de visualizar un fallo consiste en observar el valor que toma el radio del vector a lo largo del tiempo [15]. Dado que dicho radio oscila entre su valor máximo y mínimo dos veces por cada ciclo de la red de alimentación, su análisis en series de Fourier, arroja una componente a una frecuencia igual a dos veces la frecuencia de la red de alimentación. La amplitud de esta componente indica la gravedad del fallo. En la figura 4 se presenta, a manera de ejemplo, el caso de una máquina con una de sus bobinas del estator en cortocircuito.

Figura 4. Análisis armónico del modulo del vector de Park.

En cuanto a la detección de excentricidades en el rotor, algunos autores proponen el empleo del método del vector de Park [15]. En tal caso, se obtiene una doble circunferencia con sus centros desplazados, tal como se observa en la figura 5. Esto se debe a que el lugar geométrico del vector describe una circunferencia completa por cada ciclo de red.

Figura 5. Lugar geométrico del vector de corrientes de Park para excentricidades en el rotor.


A1-8

En máquinas de más de un par de polos, se superponen circunferencias que corresponden a distinta posición angular del rotor. En una máquina de cuatro polos, por ejemplo, el vector describirá una circunferencia por cada medio giro del rotor. Si el entrehierro de la máquina no es uniforme debido a excentricidades, dos circunferencias consecutivas no coincidirán exactamente y la diferencia entre ambas indicará un estado de fallo. Una manera de ponderar la gravedad del fallo consiste en calcular las superficies encerradas por cada circunferencia y extraer la diferencia entre ambas. Finalmente, los fallos en barras o anillos de cortocircuito del rotor se manifiestan por medio de una superposición de circunferencias concéntricas con radio oscilante tal como se muestra en la figura 6. En este caso se trata de un motor con 3 barras cortadas, sobre un total de 58. La muestra fue tomada con el motor funcionando a media carga. La frecuencia con la que el vector de corrientes del estator oscila entre sus radios máximos y mínimos es igual a 2·s·f y se la puede observar en el espectro de frecuencias del radio del vector.

Figura 6. Dos Barras cortadas y ½ de la carga nominal.

c) Flujo Axial En cualquier máquina de inducción, aún en condiciones de funcionamiento habituales, existen pequeños desequilibrios en las corrientes. Estos desequilibrios surgen tanto de las imperfecciones de fabricación y como de la propia red de alimentación. Esto deriva en la presencia de corrientes de secuencia negativa en el motor y, además, el desequilibrio en


A1-9

las corrientes en las cabezas de las bobinas origina un flujo en el sentido axial del motor. Este flujo, dado que es el producto de las corrientes del estator, contiene los mismos armónicos y en consecuencia, permite identificar fallos. Una bobina colocada sobre el extremo de un motor en forma concéntrica a su eje, permite medir el flujo axial y a partir de él diagnosticar fallos [17,18]. De este modo, mediante el análisis del espectro de frecuencias del flujo axial del motor pueden detectarse cortocircuitos en devanados de estator, excentricidades y barras cortadas en el rotor.

d) Par y potencia El análisis armónico de la potencia total consumida por el motor, de algunas de las potencias parciales o bien del par eléctrico, permite la detección de algunas de los fallos que se producen con mayor frecuencia en las máquinas de inducción [19,20]. Las potencies parciales presentan, ante un fallo en el rotor, componentes a la frecuencia 2·s·f y bandas laterales alrededor del doble de la frecuencia de red. Tales componentes, ausentes en condiciones normales, permiten detectar y ponderar la gravedad de un fallo. La potencia total, por su parte, se verá afectada por medio de una componente a la frecuencia 2·s·f. El par eléctrico proporcionado por el motor puede estimarse a partir de los enlaces de flujo y corrientes de estator [21]:

( ) ( ) ( ) ( ) ( )[ ]ttttpt iiT dsqsqsdsest ⋅−⋅⋅= λλ3 (15)

donde T

est es el par eléctrico estimado, p el número de polos y λ

ds, λ

qs, i

ds e i

qs los enlaces

de flujo y corrientes en ejes d-q respectivamente. Los enlaces de flujo, por su parte, pueden obtenerse a partir de los voltajes y corrientes de estator:

( ) ( )[ ] ( )∫ +⋅⋅−=t

sssssdttt iRv0

0λλ (16)

donde R

s es la resistencia de estator y los voltajes y corrientes se indican en forma de

vectores espaciales: ( ) ( ) ( )tjtt vvv qsdss

+= (17)


A1-10

( ) ( ) ( )tjtt iii qsdss

+= (18)

Asumiendo que la velocidad del motor es prácticamente constante, puede asegurarse que el par eléctrico del motor presenta las mismas componentes que la potencia y, por ende, puede emplearse para detectar fallos. Cortocircuitos en el estator, por su parte, pueden detectarse tanto en la potencia como en el par a partir de componentes al doble de la frecuencia de la red [22].

e) Impedancia de la secuencia inversa De acuerdo con la teoría de las componentes simétricas [23], todo sistema trifásico desequilibrado puede descomponerse en dos sistemas trifásicos equilibrados de distinta secuencia más un conjunto de fasores con igual fase. Los primeros constituyen los denominados sistemas de secuencia directa e inversa y los últimos el sistema de secuencia cero u homopolar. De este modo, a partir de los valores complejos de los voltajes y corrientes de un sistema trifásico pueden hallarse las componentes de los sistemas de secuencia a partir de las relaciones indicadas por las ecuaciones (19) y (20).

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

⋅⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡⋅=

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

VVV

aa

VVV

c

b

a

aa

2

2

2

1

0

11

111

31 (19)

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

⋅⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡⋅=

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

III

aa

III

c

b

a

aa

2

2

2

1

0

11

111

31 (20)

Los subíndices a, b y c, hacen referencia a cada una de las componentes de fase del sistema real, mientras que 0, 1 y 2, indican las componentes de los sistemas de secuencia cero, directa e inversa respectivamente. La constante a está dada por: eja 3/2 π⋅⋅= (21)


A1-11

Las relaciones entre las corrientes y los voltajes de secuencia quedan determinadas por las impedancias de secuencia directa, inversa y cero de la siguiente manera:

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

⋅⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

=⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

III

ZZ

Z

VVV

2

1

0

2

1

0

2

1

0

000000

(22)

Tomando por separado cada uno de estos sistemas pueden definirse las impedancias de secuencia directa, inversa y cero. En el caso de los motores de inducción, teniendo en cuenta que generalmente se conectan en triángulo, o bien, en estrella con su centro desconectado, la componente de secuencia cero se anula y, por consiguiente puede ignorarse. De esta manera, el motor asíncrono quedará identificado por las impedancias de secuencia directa e inversa. Estas impedancias están dadas por:

IVZ

1

11 = (23)

IVZ

2

22 = (24)

Es importante destacar que la ecuación (22) es válida únicamente para máquinas perfectamente simétricas. Para una máquina con asimetrías se establece un acoplamiento entre las componentes de secuencia directa e inversa que introduce nuevos términos en dicha ecuación. Para pequeños desequilibrios, sin embargo, el acoplamiento resulta despreciable frente a las componentes propias y por consiguiente puede emplearse la simplificación dada por (22). Mientras la impedancia de secuencia directa resulta muy dependiente del estado de carga del motor, la de secuencia inversa es prácticamente independiente y además es muy susceptible a cortocircuitos en devanados de estator, por ende resulta la más adecuada para fines de diagnóstico [24]. En la figura 7 se presenta un ejemplo de aplicación [25], en el cual se observan mediciones consecutivas de la impedancia de secuencia inversa del motor, inicialmente en condiciones normales y luego con un fallo de carácter leve en una de las bobinas de estator. La precisión con la que puede medirse su valor depende del nivel de desequilibrio de la red de alimentación. Las impedancias se obtuvieron tomando registros periódicos de las tensiones aplicadas al motor y de las corrientes de estator mediante un equipo de adquisición de datos. Estos datos se transfirieron a una PC y una interfase en LabView


A1-12

filtra las señales, calcula las componentes de secuencia directa e inversa y luego las impedancias dadas por (23-24). Una solución más precisa, planteada en [26,27], sugiere tomar en cuenta los términos mutuos de (20). Dado que tales valores son dependientes del deslizamiento del motor, la técnica necesita contar con una librería de valores para diferentes deslizamientos. En base a dichos datos puede calcularse el valor de la corriente de secuencia inversa y compararlo con el valor medido. Una diferencia apreciable entre ambos indica un fallo en el devanado de estator.

Figura 7. Valores de impedancia calculados en condiciones normal y de fallo con 0.4% de desequilibrio en la red de alimentación

f) Redes neuronales El empleo de redes neuronales para la detección de fallos en máquinas de inducción también ha sido estudiado [28]. Una red neuronal se entrena de manera tal que pueda predecir el valor de la corriente de secuencia negativa del motor a partir de la corriente de secuencia positiva y de las tensiones de ambas secuencias. Luego, el valor de la corriente de secuencia negativa estimado se compara con el medido y en base a dicha comparación se determina el estado de fallo.

g) Sistemas expertos En base a las diferentes técnicas de detección y diagnóstico propuestas, se han desarrollado sistemas expertos que, a partir del análisis de las variables adquiridas del


4

A1-13

motor, extraen conclusiones basadas en reglas que son desarrolladas a partir de conocimientos empíricos [29-31].

Discusión El funcionamiento de las máquinas eléctricas siempre ha sido objeto de estudios y supervisiones continuas. Tradicionalmente se han empleado técnicas que, con el correr de los años, se han vuelto sumamente confiables. Sin embargo, la mayoría de ellas exige que las máquinas se hallen fuera de servicio para poder realizar el diagnóstico o bien deben aplicarse por medio de la colocación de sensores sobre el motor (análisis de vibraciones). Actualmente se ha vislumbrado la posibilidad de efectuar diagnósticos on-line, es decir mientras las máquinas se encuentran en servicio normal y con técnicas no invasivas, esto es, sin la colocación de sensores directamente sobre el motor. Las ventajas de estas nuevas alternativas radican, por un lado, en que la supervisión continua del motor presenta mayores posibilidades de detectar a tiempo fallos de rápida evolución. Por otra parte, es posible comprobar que el número de aplicaciones en las que se utilizan motores de inducción accionados por variadores de frecuencia se está incrementando notoriamente siendo las técnicas de diagnóstico on-line las que por sus características son las más adecuadas para incorporarlas a dichos equipos y mejorar así sus prestaciones. Actualmente, salvo en algunos casos particulares, las nuevas técnicas no ofrecen el grado de certeza que ofrecen las técnicas tradicionales. Por consiguiente, dichas técnicas tradicionales aún siguen empleándose. Sin embargo, la rápida evolución de las nuevas técnicas y el gran interés en ellas por parte de investigadores de todo el mundo y de responsables de mantenimiento de grandes industrias permiten augurarles un futuro promisorio. Si bien aún no es posible establecer comparaciones entre los beneficios económicos de aplicar técnicas tradicionales o nuevas, es importante destacar que estas últimas involucran equipos de bajo coste y su implementación es posible sin grandes inversiones prácticamente en todos los casos. Tal como se ha visto, existen muy diversas herramientas para detectar y diagnosticar fallos en máquinas de inducción en forma on-line. La aplicación de cada técnica en particular queda sujeta a la información que pueda adquirirse desde el motor (corrientes, tensiones, enlaces de flujo, etc.). Cada técnica presentada ofrece ventajas y desventajas en función del fallo a detectar, de la información requerida para el diagnóstico y del tipo de carga aplicada al motor. La técnica basada en el estudio del espectro de frecuencias de las corrientes de estator presenta la ventaja de su fácil implementación en la mayoría de los casos ya que con sólo una pinza amperimétrica es posible medir la corriente de una fase cualquiera del motor y disponer de la información necesaria para el diagnóstico. Esta técnica resulta muy efectiva para la detección de barras cortadas en el rotor. En efecto, las bandas laterales que se presentan para tal fallo alrededor de la frecuencia de red, permiten identificar fácilmente una situación anormal. Es importante destacar que el diagnóstico debe


4

A1-14

realizarse con el motor funcionando al menos con la mitad de su carga nominal y resulta más efectivo cuanto mayor es la carga del motor. Un cortocircuito en el estator de una máquina de inducción puede ser detectado, asimismo, mediante la aplicación de esta técnica. En este caso, sin embargo, las frecuencias a las cuales se manifiestan los fallos varían de un motor a otro y por ende la identificación de un fallo resulta más dificultosa. Dado que los fallos de esta naturaleza presentan por lo general una rápida evolución, la frecuencia con la que se efectúa el diagnóstico debe ser mayor a la empleada para la detección de barras defectuosas (fallo que presenta una evolución mucho más lenta). La detección de excentricidades en el eje del rotor también puede efectuarse por medio del análisis del espectro de frecuencias de la corriente de estator, las frecuencias a las que se presenta este fallo son dependientes del número de polos del motor y del deslizamiento, por consiguiente su empleo no resulta fácil de implementar y mucho menos de sistematizar. Finalmente, en lo que respecta a la detección de anormalidades en las pistas o bolas de los rodamientos, si bien se ha comenzado a estudiar la aplicación de esta técnica y se han alcanzado algunos resultados alentadores, su aplicación práctica aún no es frecuente. Las frecuencias a las que se manifiestan los fallos son mucho mayores que en otros casos y requieren de equipos de adquisición de datos más rápidos y por ende más costosos. Para identificar dichas frecuencias, además, es preciso conocer las características constructivas de los rodamientos, el número de elementos rodantes, los ángulos de apoyo sobre las pistas, etc. Debe tenerse en cuenta que para este tipo de fallo, la técnica basada en el análisis de vibraciones del motor ha sido ampliamente empleada durante décadas con resultados sumamente fiables. La técnica basada en el seguimiento del Vector de Park por su parte, requiere la detección simultánea de las tres corrientes de estator. En el caso de fallos en barras del rotor, el módulo del Vector de Park presenta una componente a frecuencia muy baja (2·s·f), esto hace que dicha componente sea más fácil de identificar. Del mismo modo que en el caso del estudio del espectro de frecuencias de la corriente de estator, el diagnóstico se ve fuertemente condicionado por el estado de carga del motor, siendo más efectivo en la medida que el motor presenta una carga más próxima a su valor nominal. Para la detección de cortocircuitos en el estator, esta técnica presenta la ventaja de manifestarse en todos los casos a dos veces la frecuencia de red, con lo cual el diagnóstico se ve simplificado. Los desequilibrios en la red de alimentación, por otra parte, afectan al diagnóstico y si son muy importantes pueden ser interpretados como un fallo. Excentricidades en el eje del rotor pueden identificarse con esta técnica sólo en el caso de máquinas de más de dos polos. El análisis espectral del flujo axial del motor puede aplicarse con éxito en algunos casos. En efecto, si bien el método no es del todo no-invasivo ya que requiere la colocación de un sensor sobre la parte posterior del motor y presenta ventajas comparativas en relación al estudio de las corrientes de estator para la detección de barras cortadas en el rotor y cortocircuitos entre espiras. En motores de media tensión resulta más complejo la detección de las corrientes de estator y en tales casos puede resultar más sencillo el


4

A1-15

empleo de una bobina de flujo axial. Esta técnica ha sido probada con éxito inclusive en motores alimentados por variadores de frecuencia [32]. El seguimiento del par o la potencia del motor, por su parte, presenta algunas ventajas en relación a las técnicas anteriores. Por un lado estas variables permiten una identificación más fácil de las componentes armónicas en las que se manifiesta un fallo y por otro lado son capaces de detectar fallos en el sistema de transmisión mecánica del motor y aún en la carga misma [33]. Estas técnicas presentan por otra parte, mayor complejidad para su implementación debido a que requieren tanto la medida de las corrientes de estator como de los voltajes aplicados en bornes del motor. La medición de la impedancia de secuencia inversa por otro lado, resulta efectiva para la detección de cortocircuitos entre espiras en los devanados del estator. Para su implementación es necesario medir las corrientes y los voltajes aplicados al motor y es imprescindible que la red de alimentación presente cierto desequilibrio mínimo para que la impedancia de secuencia inversa pueda medirse con exactitud. Cuando se miden las impedancias directa e inversa y las impedancias mutuas, es posible establecer indicadores de fallos muy precisos y confiables. La implementación de tal técnica, sin embargo, resulta difícil dado que requiere de una librería de valores que deben estimarse para diferentes estados de carga del motor. La aplicación de redes neuronales a la detección y diagnóstico de fallos en máquinas de inducción presenta un futuro alentador. Se han logrado buenos resultados principalmente en la detección de cortocircuitos en devanados de estator, sin embargo, la aplicación de la técnica requiere de una etapa de entrenamiento y de un monitoreo constante de las variables eléctricas del motor.

Conclusiones Las principales técnicas de detección de fallos en máquinas de inducción han sido presentadas resumidamente tomando como referencia trabajos de diferentes autores. La comparación de estas técnicas permite afirmar que la solución más adecuada para cada caso está dada por la importancia de la máquina a supervisar (la detección de mayor o menor número de variables y la implementación de sistemas expertos queda sujeto a cuestiones de índole económica), por la cantidad y carácter de los fallos a detectar y por el servicio al que se ve sometido un motor (posibilidad de realizar periódicamente diagnósticos off-line, posibilidad de acceso de operarios al lugar donde está instalado el motor, etc.). La frecuencia con la que debe efectuarse cada diagnóstico, por su parte, depende básicamente de los fallos que se pretenden detectar. En efecto, fallos tales como fisuras en barras del rotor presentan generalmente una evolución muy lenta mientras que otras como cortocircuitos en el estator pueden evolucionar muy rápidamente.


4

A1-16

Es importante destacar que muchas de las técnicas descriptas requieren que el motor funcione durante el diagnóstico con un nivel de carga determinado. Por otra parte, en muchos casos es aconsejable realizar mediciones periódicas y comparar los resultados. En efecto, el análisis del espectro de frecuencias del estator, por ejemplo, resulta efectivo si se comparan los niveles armónicos con los obtenidos con el motor funcionando libre de fallos. Por último se destaca que los métodos no invasivos de detección de fallos han evolucionado con rapidez durante los últimos años y la tendencia indica que su aplicación práctica continuará incrementándose. En la actualidad, un importante número de investigadores se hallan abocados al desarrollo de nuevas alternativas en este campo y en muchas industrias han comenzado ha implementar rutinas de diagnóstico basadas en algunas de las técnicas enumeradas.


A2-1

Construcción de Funciones lógicas y tablas de verdad, mediante el uso de diagramas de escalera.

La lámpara encenderá si el contacto A o B son activados, lo que se tiene es una función lógica OR.

Figura A2-1. Función lógica OR

Una función lógica AND quedaría de la siguiente forma:

Figura A2-2. Función lógica AND La lámpara se energizará solo si los contactos A y B fueran activados. La función inversa NOT, puede ser representada como:

L1 N

A

A Salida0

011

A

Figura A2-3. Función lógica NOT (Inversor).


A2-2

Ahora si se tomará la función OR y se invirtiera cada entrada mediante el uso de contactos normalmente cerrados, se obtendría una función NAND.

Figura A2-4. Función lógica NAND

De los diagramas anteriores se podría deducir que:

Contactos conectados en paralelo equivalen a una compuerta lógica OR. Contactos conectados en serie son equivalentes a una compuerta lógica AND. Contactos Normalmente cerrados equivalen a una compuerta lógica NOT

(inversor).


A3-1

Diagramas de Conexión

M5

412MS

414MS

CLOSE

OPEN

OCR-M5

(1.8A)

GND

B5

DECK ARM0.2KW POWER CILINDER

BRAKE

M6

416MS

418MS

LONG

SHORT

OCR-M6

(1.8A)

GND

B6

BACK DECK0.2KW POWER CILINDER

BRAKE

2L131 2L231 2L331 TB-B-H1-3

Figura A3-1. Diagrama eléctrico de los motores de apertura (M5) y desplazamiento (M6) de los brazos.


A3-2

Figura A3-2. Diagrama eléctrico de control de los motores.

I07_01.14 PB

I07_01.15 PB

I 0 7 0 1 1 4

I 0 7 0 1 1 5

RACK # 3

1794-IV16

SLOT # 1

CB-B3

DECK ARM OPEN

DECK ARM CLOSE

DC24V- +

RACK # 3

1794-IV16

SLOT # 2

I07_02.0 PB

I07_02.1 PB

I 0 7 0 2 0 0

I 0 7 0 2 0 1

BACK DECK LONG

BACK DECK SHORT

Figura A3-3. Conexión de botones en el PLC para controlar la apertura, cierre y ajuste de los brazos.


A3-3

O 0 9 0 1 0 5

O 0 9 0 1 0 6

RACK # 5

1794-IV16P

SLOT # 1

DC24V- +

O 0 9 0 1 0 7

O 0 9 0 1 0 8

O 0 9 0 1 0 9

I 0 7 0 2 0 10

O09_01.6CR O09_01.5CR

CAB ARM CLOSE

O09_01.5CR O09_01.6CR

CAB ARM OPEN

O09_01.8CR O09_01.7CR

DECK ARM CLOSE

O09_01.7CR O09_01.8CR

DECK ARM OPEN

O09_01.10CR O09_01.9CR

LONG DECK

O09_01.9CR O09_01.10CR

SHORT DECK

Figura A3-4. Salidas del PLC para activación de los motores.


A4-1

Programa del PLC


A4-2


A4-3


A4-4

CONTROLLOGIX CONTROLLERS

1756 ControlLogix Controllers

The ControlLogix controller provides a scalable controller solution that is capable of addressing a large amount of I/O points. The ControlLogix controller can be placed into any slot of a ControlLogix I/O chassis and multiple controllers can be installed in the same chassis. Multiple controllers in the same chassis communicate with each other overthe backplane (just as controllers can communicate over networks) but operate independently. ControlLogix controllers can monitor and control I/O across the ControlLogix backplane, as well as over I/O links. ControlLogix controllers can communicate with computers or other processors across RS-232-C (DF1/DH-485 protocol), DeviceNet, DH+, ControlNet, and EtherNet/IP networks. To provide communication for a ControlLogix controller, install the appropriate communication interface module into the chassis. The multitasking operating system supports 32 configurable tasks that can be prioritized. One task can be continuous. The others must be periodic or event tasks. Each task can have as many as 100 programs, each with its own local data and logic, allowing virtual machines to operate independently within the same controller.

Specification Description

Battery 1756-BA1 for series A controllers 1756-BA2 for 1756-L6x, series B controllers 1756-BATM (contains a 1756-BATA battery assembly) for series A controllers

Page 1 of 8Automation Systems - ControlLogix Controllers

6/15/2007http://www.ab.com/en/epub/catalogs/12762/2181376/2416247/360807/1837516/print.html

Available 1756 Controllers

Programming cable 1756-CP3 or 1747-CP3 serial cable

Certifications: UL, CSA (Class I, Division 2, Group A, B, C, D), CE, FM (1756-L6x controllers only), C-Tick, EEx ATEX

Cat. No. Memory Power Dissipation, Max.

Thermal Dissipation, Max.

Backplane Current (mA) at 5V

Backplane Current (mA) at 24V

Available User Memory (Kbytes)

I/O Memory

Nonvolatile Memory

1756-L55M12 750 K bytes 208 K bytes

NA 5.6 W 19.1 BTU/hr 1230 mA 14 mA

1756-L55M13 1536 K bytes 208 K bytes

NA 5.6 W 19.1 BTU/hr 1230 mA 14 mA

1756-L55M14 3584 K bytes 208 K bytes

NA 5.7 W 19.4 BTU/hr 1250 mA 14 mA

1756-L55M16 7680 K bytes ‡

208 K bytes

NA 6.3 W 21.5 BTU/hr 1480 mA 14 mA

1756-L55M22 750 K bytes 208 K bytes

750 Kbytes 5.6 W 19.1 BTU/hr 1230 mA 14 mA

1756-L55M23 1536 K bytes 208 K bytes

1.5 Mbytes 5.6 W 19.1 BTU/hr 1230 mA 14 mA

1756-L55M24 3584 K bytes 208 K bytes

3.5 Mbytes 5.7 W 19.4 BTU/hr 1250 mA 14 mA

1756-L61 2048 K bytes 478 K bytes

64 Mbytes CompactFlash§

3.5 W 11.9 BTU/hr 1200 mA 14 mA

1756-L61S 2048 KB Standard 1024 KB Safety

478 KB 64 MB CompactFlash

3.5 W 11.9 BTU/hr 1200 mA 14 mA

1756-L62 4096 K bytes 478 K bytes


3.5 W 11.9 BTU/hr 1200 mA 14 mA

1756-L62S 4096 KB Standard 1024 KB Safety

478 KB 64 MB CompactFlash

3.5 W 11.9 BTU/hr 1200 mA 14 mA

1756-L63 8196 K bytes 478 K bytes


3.5 W 11.9 BTU/hr 1200 mA 14 mA

1756-L64 16,384 K bytes

478 K bytes


3.5 W 11.9 BTU/hr 1200 mA 14 mA

1756-L60M03SE 478 K bytes


8.5 W 11.9 BTU/hr 1960 mA 6 mA

1756-LSP NA - Safety Partner

NA NA 3.5 W 11.9 BTU/hr 1200 mA 14 mA

Data and Logic memory stores: tags other than I/O, produced, or consumed tags; logic routines; and communication with OPC/DDE tags that use RSLinx software. I/O memory stores: I/O tags, produced tags, consumed tags, communication via Message (MSG) instructions, communication with



The 1756-L6x controller executes ladder scans almost twice as fast as the 1756-L55 controllers and executes function block, REAL data type math, and motion instructions four to five times faster than the 1756-L55 controllers. The 1756-L60M03SE controller combines a 1756-L6x controller and a SERCOS motion module in a two-slot module. This controller is ideal for small motion systems and can control three SERCOS axes with the included interface. This controller can control as many as six axes if you add an additional motion module. Select a Controller for a Redundant Controller System If you are designing a redundant controller system, consider:

redundant controller systems support one or two 1756-L55 controllers or one 1756-L6x controller in each redundant chassis. data is buffered in the secondary controller, so twice as much data memory space is required in the controller. the redundant controllers must be on a ControlNet network.

Select a Controller for a Safety System If you are designing a safety controller system, consider:

SIL 2 safety systems use standard ControlLogix controllers. See Using ControlLogix in SIL 2 Applications Reference Manual, publication 1765-RM001. SIL 3 safety systems use GuardLogix controllers (1756-L61S, 1756-L62S) and the Safety Partner (1756-LSP). See GuardLogix Safety Reference Manual, publication 1756-RM093.

Controller Memory Use The following equations provide an estimate of the memory needed for a controller.

workstations, and communication with OPC/DDE tags that use RSLinx software. ‡ No more than 3500 Kbytes of data. § Requires a 1784-CF64 Industrial CompactFlash card. The 1756-L60M03SE is a 1756-L60 ControlLogix controller with an embedded 1756-M03SE SERCOS interface. This is a 2-slot

module.

Controller Tasks _____ * 4000 = _____ bytes (minimum 1 task)

Digital I/O points _____ * 400 = _____ bytes

Analog I/O points _____ * 2600 = _____ bytes

Communication modules _____ * 2000 = _____ bytes

Motion axes _____ * 8000 = _____ bytes

When estimating memory use by communication modules, count all the communication modules in the system, not just those in



Additional 1756-L55 Memory The 1756-L55 controllers do not operate standalone. Choose one of these memory boards to come already assembled with the controller. You can also order additional memory boards either for spare parts or to upgrade existing 1756-L55 controllers. The 1756-L6x controllers have a fixed RAM size and do not use a memory board. Use a CompactFlash card for nonvolatile storage.

CompactFlash Memory The 1784-CF64 card offers nonvolatile memory (flash) to permanently store a user program and tag data on a controller. You can:

manually trigger the controller to save to or load from nonvolatile memory. configure the controller to load from nonvolatile memory on power up.

The 1756-L55M2x controllers have fixed internal nonvolatile memory. The 1756-L6x controllers support a removable CompactFlash card for nonvolatile memory. You install the 1784-CF64 card in a socket on the controller. The CompactFlash card stores the user program, tag data, and controller firmware. This lets you upgrade firmware on a 1756-L6x controllers without using RSLogix 5000 software or ControlFlash software.

the local chassis. This includes device connection modules, adapter modules, and ports on PanelView terminals.

Catalog Number

Supported Controller

Battery-backed Static RAM Nonvolatile RAM

1756-M12 1756-L55 750 KB None

1756-M13 1756-L55 1.5 MB None

1756-M14 1756-L55 3.5 MB None

1756-M16 1756-L55 7.5 MB 3.5 MB for tag data

None

1756-M22 1756-L55 750 KB 750 KB

1756-M23 1756-L55 1.5 MB 1.5 MB

1756-M24 1756-L55 3.5 MB 3.5 MB

1784-CF64 1756-L6x‡ None RAM contents are written to internal Flash during power down

Same as the memory limit for the controller

The 1756-L55 controller must have firmware revision 10 or later. The 1756-L55 controller must have firmware revision 8 or later.

‡ You can use CompactFlash with the 1756-L61, 1756-L62, 1756-L63, and 1756-L60M03SE controllers. The 1756-L61, 1756-L62 controllers require firmware revision 12 or later. The 1756-L63 controller requires firmware revision 11 or later. The 1756-L60M03SE controller requires firmware revision 13 or later.



Battery Requirements Each controller ships with a battery.

The 1756-BATM battery module is recommended for use with all 1756-L55 and series A 1756-L6x controllers.

Cat. No. Description Estimated Worst Case Battery Life

1756-BA1 Lithium battery (0.59 g) installed in each ControlLogix controller. Order only if you need a replacement.

Estimate @ 25 °C (77 °F) 1756-L55M12: 63 days

1756-L55M13: 63 days 1756-L55M14: 30 days 1756-L55M16: 13 days 1756-L55M22: 63 days 1756-L55M23: 63 days 1756-L55M44: 30 days Series A 1756-L6x: 21 days

1756-BATM Externally mounted battery assembly. Provides longer battery life than the 1756-BA1. Contains: • One 1756-BATA assembly • 1 m (3.28 ft) cable to connect housing to controller Highly recommended for all controllers.

Estimate @ 25 °C (77 °F) 1756-L55M12: 299 days

1756-L55M13: 299 days 1756-L55M14: 213 days 1756-L55M16: 133 days 1756-L55M22: 299 days 1756-L55M23: 299 days 1756-L55M24: 213 days Series A 1756-L6x: 146 days

1756-BATA Lithium battery assembly (maximum of 5 g lithium per each D cell; assembly contains 2 D cells) included with the 1756-BATM. Order only if you need a replacement.

1756-BA2 Lithium battery (0.59 g) installed in each 1756-L6x series B controller. Order only if you need a replacement.

Estimate @ 60 °C (140 °F) Series B 1756-L6x: 8

months

Controller 1756-BATM 1756-BATA 1756-BA1 1756-BA2

1756-L55M12 Recommended For a replacement For a replacement Not supported


1756-L55M14 Highly recommended For a replacement For a replacement Not supported

1756-L55M16 Highly recommended For a replacement Not recommended for long-term use

Not supported



1756-L55M24 Highly recommended For a replacement Not recommended for long-term use

Not supported

1756-L61 Highly recommended Series A only

For a replacement Series A only

Series A only Series B only

1756-L61S Highly recommended For a replacement Not recommended for long-term use

Recommended




1756-L62S Highly recommended For a replacement Not recommended for long- Recommended



Compatibility Control Distributed I/O Modules The ControlLogix controller can control these distributed I/O modules using the I/O Configuration tree in RSLogix 5000 programming software.

Communicate with Display Devices The ControlLogix controller can communicate with these display devices.

term use




1756-L64 Not supported Not supported Not supported Only battery supported

1756-LSP Safety partner

Highly recommended For a replacement Not recommended for long-term use

Recommended

These controllers have nonvolatile memory and can be used without a battery. The 1756-L6x controllers have nonvolatile memory if you install a 1784-CF64 CompactFlash card. With nonvolatile memory, the

controller can be used without a battery. If you do not use a battery, current tag data will be at the state they were when the nonvolatile memory was saved.

I/O Modules EtherNet/IP ControlNet DeviceNet Remote I/O

1732 ArmorBlock Yes No Yes No

1734 POINT Yes Yes Yes No

1734D POINTBlock No No Yes No

1738 ArmorPoint Yes Yes Yes No

1746 SLC No No No Yes

1756 ControlLogix Yes Yes No No

1769 Compact No No Yes No

1771 PLC-5 No Yes No Yes

1790 CompactBlock LDX No No Yes No

1791D CompactBlock No No Yes No

1792D ArmorBlock MaXum No No Yes No

1794 FLEX Yes Yes Yes Yes

1797 FLEX Ex No Yes No No

1798 FLEX Armor No No Yes No

1799 Embedded No No Yes No

Requires RSLogix 5000 programming software version 11 or later. Use the generic FLEX profile. Use a 1771-ACN15, 1771-ACNR15 adapter module. Version 10 and later of RSLogix 5000 Enterprise Series software supports 1771

digital, analog, and specialty I/O modules. Previous versions of the software support only 1771 digital I/O modules.



Communicate with Other Controllers The ControlLogix controller can communicate with these controllers.

Display Devices EtherNet/IP ControlNet DeviceNet DH+ Remote I/O

RS-232 (DF1)

DH-485

2711P PanelView Plus terminal Yes Yes Yes Yes Yes Yes No

6182H VersaView CE computer Yes Yes Yes Yes Yes Yes No

2711 PanelView terminal Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes

2711 e PanelView terminal No Yes No Yes Yes No No

800E, 800T RediSTATION/RediPANEL operator module

No No Yes No Yes No No

2706 InView message display Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes

2706 DL40 Dataliner message display No No No No Yes Yes No

2706 DL, DL50 DataLiner message display

No No No No No Yes No

2707 DTAM Plus operator interface No No Yes No Yes Yes Yes

These devices support DH-485 communication to FlexLogix and CompactLogix controllers. Use PLC/SLC mapping.

Controller EtherNet/IP ControlNet DeviceNet DH+ RS-232 (DF1)

DH-485♣

1756 ControlLogix 1756 GuardLogix

Yes Yes Yes Yes Yes Yes

1768, 1769 CompactLogix Yes Yes Yes No Yes Yes

1789 SoftLogix5800 Yes Yes Yes No Yes No

1794 FlexLogix Yes Yes Yes No Yes Yes

5720 PowerFlex 700S with DriveLogix

Yes Yes Yes No Yes Yes

1785 PLC-5 Yes Yes Yes‡ Yes Yes NA

1747 SLC Yes§ Yes Yes‡ Yes♣ Yes Yes

1761 MicroLogix Yes No Yes‡ No Yes Yes




1772 PLC-2 NA NA NA Yes Yes NA

1775 PLC-3 NA NA NA Yes Yes NA

5250 PLC-5/250 NA NA No Yes Yes NA

The Ethernet PLC-5 controller must be series C, firmware revision N.1 or later; series D, firmware revision E.1 or later; or series



Communicate with Other Communication Devices The ControlLogix controller can communicate with these communication devices.

Copyright © 2007 Rockwell Automation, Inc. All Rights Reserved.

E, firmware revision D.1 or later. The 1785-ENET Ethernet communication interface module must be series A, firmware revision D or later.

‡ The PLC-5, SLC, and MicroLogix processors appear as I/O points to the Logix controller. Use the appropriate DeviceNet interface for the controller. § Use a 1747-L55x controller with OS501 or greater. The PLC-2 controller requires a 1785-KA module for DH+ communications. The PLC-2 controller requires a 1771-KG module for serial (DF1) communications. The PLC-3 controller requires a 1775-S5 module for DH+ communications. The PLC-3 controller requires a 1775-KA module for serial (DF1) communications.

♣ The 1756-DH485 module supports full DH-485 functionality.

Communication Device EtherNet/IP ControlNet DeviceNet DH+ RS-232 (DF1)

DH-485

1770-KFD NA NA Yes NA NA NA

9355 RSLinx software Yes Yes No Yes Yes No

1784-KTC, 1784-KTCx, 1784-KTCx15, 1784-PCIC(S), 1784-PCC

NA Yes NA NA NA NA

1784-PCIDS, 1784-PCD NA NA Yes NA NA NA

1784-KTX, 1784-KTXD, 1784-PCMK NA NA NA Yes NA NA

1788-CN2DN NA Yes Yes NA NA NA

1788-EN2DN Yes NA Yes NA NA NA

1788-CN2FF NA Yes NA NA NA NA

1203-CN1 ControlNet module NA Yes NA NA NA NA

1203-FM1/FB1 SCANport NA Yes NA NA NA NA

Use the generic module configuration to configure the 1203-CN1 module and a CIP generic MSG instruction to communicate with the module. Use a CIP generic MSG instruction to communicate with the 1203-FM1 SCANport module on a DIN rail that is remote to the

controller. The remote DIN rail also requires a 1794-ACN(R)15 ControlNet adapter module.



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