Cómo Controlar Un Variador de Velocidad Con Un PLC

LABORATORIO DE MAQUINAS II

Cómo controlar un variador de velocidad con un PLC Introduciéndonos un poco más en el control de los actuadores que actualmente encontramos en el ambiente industrial, hoy vamos a hablar de los variadores de velocidad para controlar motores. Pero lo voy a encarar de una forma eminentemente práctica y sobre planos diseñados con anterioridad y desde el punto de vista del PLC. Hoy por hoy ya cada vez es más extraño controlar un motor con un arranque estrella triángulo, justamente porque los variadores de velocidad le han ganado a este tipo de arranque en prestaciones y en precio. Los variadores pueden utilizarse en forma remota, por ejemplo controlados por un PLC o manualmente desde su propio teclado frontal, donde este último a veces llega a ser muy sofisticado. Si hay algo que caracteriza a un variador es la cantidad de parámetros con los que cuenta, llegan a ser entre 500 y 1000, más o menos. Prácticamente todos son modificables. Debe quedar claro que el enfoque de este post es desde el PLC, lo que ocurre dentro del variador se soluciona leyendo el manual de Siemens que les dejo como pdf un poco más abajo (la idea es acotar el tema para que quede como una entrada de blog).

Introducción. Lo que les presento hoy es el análisis pormenorizado de lo que se necesita para controlar un variador de velocidad desde un PLC, desde el punto de vista del hardware y del software. El análisis lo vamos a llevar adelante ayudándonos del modelo G110 de Siemens (manual_sinamics_G110). Específicamente lo vamos a analizar de la siguiente manera.  Potencia. Cómo se conecta el variador a la red.  Señales al variador. Cuáles son las señales necesarias para que el variador pueda actuar sobre el motor.  Señales desde el variador. Qué se requiere como realimentación del variador. Todas las fotos que vamos a ver en este post corresponden al mismo proyecto y en realidad han sido desarrollados dentro del software AutoCad Electrical, que es específico para este tipo de

Gregory josue chicani apaza

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diseño así como lo sería el Eplan, siendo este último el más difundido. Potencia En este caso y según se ve en la foto la tensión de alimentación es monofásica en 220Vac y si bien la conexión del variador de velocidad es a través de un guardamotor, otra opción es la de conectarlo a la red a través de un fusible.

Tengan presente que, por lo menos esta línea de variadores de SIEMENS soporta durante un minuto una sobrecarga de 1.5 veces la corriente nominal del variador, por lo que el guardamotor o el fusible deben estar diseñados de acuerdo con esto. De todas maneras hay que ir al manual y corroborar esto que estoy diciendo…


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El control del variador de velocidad Lo que vamos a ver aquí es la implementación del hardware necesario para que se controle la velocidad de un motor desde el PLC. La consigna de velocidad es enviada al variador como una señal de salida analógica del PLC. Otra forma de controlar cambios en la velocidad de un motor sería colocando un potenciómetro conectado directamente a la entrada correspondiente del variador, pero este no es nuestro caso.

La foto que les muestro aquí es la arquitectura que diseñé para una máquina dosificadora que necesita este tipo de control. Como pueden ver dispongo de cinco señales analógicas de las cuales cuatro son de un solo módulo, el SM1234, y una adicional del módulo frontal SB1232. En el caso de esta máquina, todas estas salidas analógicas se utilizaron como señales de consigna de velocidad para los cinco motores con los que contaba. Entradas digitales Siempre, conecto como una entrada al PLC la señal de salida del variador indicativa de falla, que puede programarse como tal, o que incluso viene por defecto de fábrica de esta manera. El PLC es el que tiene el control del automatismo en general y el variador tiene el control, en todo caso, del motor que tiene conectado


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a sus bornes. Por esta razón es primordial avisar al PLC de cualquier evento que se genere por falla de funcionamiento del motor.

Una señal adicional, que en este caso no aparece en las fotos, es la de un contacto auxiliar en el guardamotor como un indicativo de tensión presente en el variador y/o de que no ha ocurrido una situación de falla. Acuérdense que el guardamotor también puede ser utilizado como elemento seccionador de la alimentación y si el PLC no es entera de esta situación pueden darse funcionamientos no considerados del automatismo. Salidas digitales Las señales requeridas para habilitar el accionamiento y el sentido de giro están extensamente comentadas en el capítulo tres “Puesta en servicio” en el manual que les dejo (ver link más arriba). Lo que están viendo en la foto son las salidas de control a los diferentes variadores con un relé repetidor interpuesto a los fines de seguridad de la salida del PLC.


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Salidas analógicas Lo que pretendemos es que a requerimiento del programa del PLC varíe la velocidad del motor según lo requiera el automatismo en cuestión. A esto se lo denomina “consigna de velocidad” y se trata de una señal analógica de salida del PLC.


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La foto esquematiza la bornera de salida del módulo de salidas analógicas SM1234, y en este caso se pueden apreciar dos salidas, léase, las referencias de velocidad para dos motores. Conexiones al variador de velocidad Por último les dejo este esquema que muestra las conexiones a la bornera de comando del variador. En los bornes 9 y 10 se puede ver la entrada analógica que proviene de la salida analógica correspondiente del módulo del PLC.


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Las entradas 1 y 2 son los terminales de conexión para el aviso de falla. A veces estos terminales se corresponden con un contacto seco (sin tensión) de un relé interno. Aquí, en este caso, la salida es a transistor optoacoplado. La habilitación para que gire el motor se da a través del borne número 3 y se da cada vez que se cierra el contacto del relé repetidor 13K1, haciendo las veces, en este caso, de llave electora. La entrada número 4 viene programada de fábrica para controlar el sentido de giro del motor pero en este caso no tenía sentido para mi porque los motores tenían siempre el mismo sentido de giro, justamente por tratarse de un sistema de levas con tracción y dosificación. Así que al no conectarla tiene un valor único (cero), léase, un único sentido de giro. Conclusión La idea de este post era la de ubicar al variador de velocidad dentro del contexto general de un automatismo controlado por un PLC. Queda claro que con este texto no van a salir dominando el tema pero estoy seguro que por lo menos van a tener lineamientos generales de Gregory josue chicani apaza

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que es lo que se necesita como para poder incluirlos en un proyecto propio que estén desarrollando. Todo depende de que es lo que quieran hacer y del dinero con el que cuentan. Como han podido ver, se advierte que controlar la velocidad a través de una consigna de referencia para la velocidad desde el PLC implica la adquisición de un módulo de salidas analógicas. Esto es más caro. Esto último no sería un problema si se pretendiera utilizar el motor a velocidades prefijadas, opción fácilmente parametrizable desde el panel frontal de nuestro variador o de cualquier otro variador de velocidad que tengamos a nuestro alcance.


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Arranque mediante variador de frecuencia Regulación de velocidad Un variador o convertidor de frecuencia es un dispositivo que mediante “electrónica de potencia”,(transistores y tiristores capaces de conducir corrientes elevadas) permite obtener un sistema trifásico de voltajes con distintas frecuencias. Basados en esta tecnología se tienen equipos que permiten variar la velocidad de un motor de una forma bastante precisa. Los mismos se pueden utilizar como arrancadores.


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Figura 2. 20 Variador de frecuencia Mediante un display y unos pulsadores se seleccionan distintos valores de frecuencia a la salida del convertidor. Variador de frecuencia siemens G1101 La serie G110 de siemens es una gama de convertidores de frecuencia (variadores) para modificar la velocidad de motores trifásicos.

Los convertidores están controlados por microprocesadores y utilizan tecnología IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) de última generación. Esto les hace fiables y versátiles. Un método especial de modulación por ancho de impulsos con frecuencia de pulsación seleccionable permite un funcionamiento silencioso del motor. Extensas funciones protegen excelentemente al convertidor como al motor.

Con sus ajustes por defecto realizados en fábrica, el G110 es ideal para una gran gama de aplicaciones de control de motores simples.

El G110 puede utilizarse también en aplicaciones de control de motores más avanzadas usando sus extensas listas de parámetros. El G110 puede utilizarse tanto para aplicaciones aislado como integrado en sistemas de automatización.

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Figura 2. 21 Variador de frecuencia G110 Terminales del Variador de frecuencia

Los terminales del variador son muy importantes por la razón que se puede operar externamente del variador por medio de estos. A continuación se van a enumerar y a definir qué función cumple cada uno de estos.

Los terminales se encuentran en la parte inferior del variador de velocidad tal como se puede observar en la Figura 2.22.

Tabla 2. 1.Terminales del variador de velocidad

TERMINALES

FUNCIÓN

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Salida de señal digital negativa

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Salida de señal digital positiva

3Y6

ON/OFF para la puesta en funcionamiento del variador

4Y6

Terminal de inversión de giro del motor.

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Entrada digital.

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Entrega un voltaje de salida de 24V. Fase negativa.

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Estos tres terminales tienen la función de una fuente interna de 10V la cual se puede variar 8,9 Y 10

mediante un potenciómetro de 10KΩ conectado a cada uno de los terminales donde: El terminal 8.- entrega 10V El terminal 9.- Entra la señal


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variable. El terminal 10.- Es la fase negativa.

Elaborado Por: Liseth Albarracín

Figura 2. 22 Terminales del variador de velocidad G110


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