CONTROL CONTINUO CON PLC 1- DEFINICIÓN Un sistema de control es un conjunto de dispositivos encargados de administrar, ordenar, dirigir o regular el comportamiento de otro sistema, con el fin de reducir las probabilidades de fallo y obtener los resultados teóricamente verdaderos. Por lo general, se usan sistemas de control industrial en procesos de producción industriales producción industriales1 para controlar equipos o máquinas. Existen dos clases comunes de sistemas de control, sistemas de lazo abierto y sistemas de lazo cerrado. En los sistemas de control de lazo abierto la salida se genera dependiendo de la entrada; mientras que en los sistemas de lazo cerrado la salida depende de las consideraciones y correcciones realizadas por la retroalimentación. la retroalimentación. Un sistema de lazo cerrado es llamado también sistema de control con realimentación. Los sistemas de control más modernos en ingeniería automatizan procesos sobre la base de muchos parámetros. Una vez que se conoce el funcionamiento de un sistema de control se plantea la interrogante de cómo es que se llevara a cabo este control, y es aquí donde nacen los controladores, dispositivos capaces de controlar procesos de manera sencilla dependiendo del caso o hasta de maneras más complejas. Un controlador lógico programable, más conocido por sus siglas en inglés PLC (Programmable Logic Controller) o por autómata programable, es una computadora una computadora utilizada en la ingeniería automática o automatización industrial, industrial, para automatizar procesos electromecánicos, procesos electromecánicos, tales tales como el control de la maquinaria de la fábrica en líneas en líneas de montaje o atracciones mecánicas. Los PLC son utilizados en muchas industrias y máquinas. A diferencia de las computadoras de propósito general, el PLC está diseñado para múltiples señales de entrada y de salida, rangos de temperatura ampliados, inmunidad al ruido eléctrico y resistencia a la vibración y al impacto. Los programas para el control de funcionamiento de la máquina se suelen almacenar en baterías, copia de seguridad o en memorias no volátiles. Un PLC es un ejemplo de un sistema de tiempo de tiempo real «duro», donde los resultados de salida deben ser producidos en respuesta a las condiciones de entrada dentro de un tiempo limitado, de lo contrario no producirá el resultado deseado.
PLC DE LA MARCA SIEMENS
2- CONTROLADORES LINEALES CONTINUOS Un sensor o transductor se dice dic e que es lineal, si existe una constante de proporcionalidad única que relaciona los incrementos de señal de salida con los
correspondientes incrementos de señal de entrada, en todo el campo de medida. Los instrumentos ideales son lineales. De hecho, la mayoría de los sistemas instrumentales comerciales tienen respuesta lineal. Puede ocurrir, sin embargo, que la respuesta no sea estrictamente lineal y, por ende, que ocurra un error por no linealidad de la respuesta del instrumento. El elemento final de control es el componente que altera alguna propiedad, de un proceso, que haya sido ordenado por el controlador. Dependiendo del tipo de proceso y de los objetivos, se tienen una variedad de estos elementos. Desde dispositivos que reciben señales de control del tipo discreto hasta otros que actúan regulando la variable de interés dentro de cierto rango como por ejemplo el flujo de un fluido a través de una válvula de control, la velocidad de un motor por medio de un variador de velocidad o la temperatura de un horno eléctrico utilizando una resistencia calefactora.
Para realizar un control lineal con un PLC se requiere conocer el funcionamiento del proceso a controlar, muchas veces bastara con un Control Proporcional.
2.1- Control Proporcional (P) La relación entre la salida del controlador (actuación u(t)) y la señal de error e(t), es proporcional.
u (t )
K p e(t )
De esto se puede desprender: Cualquiera sea el mecanismo de actuación, el controlador P es en esencia un amplificador de ganancia ajustable. Un controlador P puede controlar cualquier planta estable, pero posee un desempeño limitado y error en estado estacionario.
Para la implementación de este tipo de control a un PLC basta con conocer el error de la variable a controlar un multiplicarla por una constante para que así llegue a la señal de referencia deseada.
3- ENTRADAS Y SALIDAS ANALÓGICAS Y VARIABLES ASOCIADAS A LAS I/O ANALÓGICAS Los módulos de E/S analógicas son módulos de interface que co nvierten señales analógicas a valores digitales en el caso de entradas y convierten valores digitales a señales analógicas en el caso de salidas. De manera que los c ontroladores pueden usar estas señales para fines de control. Mediante el modelo de red productor / consumidor, los módulos de E/S analógicas producen información cuando es necesario, a la vez que realizan funciones adicionales del sistema. En la siguiente tabla se indican varias características disponibles en los módulos de E/S analógicas.
Los módulos de E/S analógicas usan conexiones directas solamente. Una conexión directa es un vínculo de transferencia de datos en tiempo real entre el controlador y el dispositivo que ocupa la ranura a la que hacen referencia los datos de configuración. Cuando se descargan los datos de configuración del módulo a un controlador propietario, el controlador intenta establecer una conexión directa con cada uno de los módulos a los que hacen referencia los datos. Si un controlador tiene datos de configuración que hacen referencia a una ranura en el sistema de control, el controlador comprueba de forma periódica la presencia de un dispositivo en dicha ranura. Cuando se detecta la presencia de un dispositivo allí, el controlador envía automáticamente los datos de configuración y ocurre uno de los siguientes eventos: • Si los datos son adecuados para el módulo encontrado en la ranura, se realiza una conexión y comienza la operación. • Si los datos de configuración no son adecuados, los datos se rechazan y aparece un
mensaje de error en el software. En este caso, los datos de configuración pueden ser inadecuados por varios motivos. Por ejemplo, los datos de configuración de un módulo pueden ser adecuados excepto por una discordancia en la codificación electrónica que impide el funcionamiento normal. El controlador mantiene y monitorea su conexión con un módulo. Cualquier interrupción en la conexión, tal como el retiro de un módulo del chasis con la alimentación eléctrica conectada, causa que el controlador establezca bits de estado de fallo en el área de datos asociada con el módulo.
4- CONTROL PROPORCIONAL. EJEMPLO DE APLICACIÓN.
CONTROL DE TEMPERATURA
Se entiende como error la diferencia entre la señal de referencia y el valor medido, que en el montaje se puede apreciar directamente en los niveles situados en el frontal del equipo.
El visor debe utilizarse solo cualitativamente, ya que el error realmente producido se mide en el puerto B en forma de tensión. Se puede realizar una correlación entre la medida que da el visor en el frontal y la tensión medida a la salida del sistema, de modo que se pueden relacionar linealmente la temperatura del aire con la tensión medida a la salida.
De modo que se puede obtener: T = 2.5V + 25. En un controlador con acción proporcional, la señal de control es directamente proporcional al error, y estas se relacionan entre sí por la ganancia del controlador (inversa de la banda proporcional en el montaje).
5- CONTROL PID. EJEMPLO DE APLICACIÓN
Control de Servomotor en PLC Siemens STEP 7 Para el control del servomotor se utilizará en este caso un autómata programable S7-200 de Siemens. Dado que el control del servomotor requiere el manejo de señales analógicas de tensión (tanto las tensiones a aplicar al motor como las medidas de los sensores), se utilizará el módulo analógico EM235. Se aplicará un control PID para manipular la velocidad angular del Servomotor.
-
Variable a controlar:
Velocidad de giro del motor-
-
Señal de control:
Tensión aplicada al motor. Modelado del Motor.
En este caso, E(s) representa la señal de error y es la diferencia entre la velocidad deseada (referencia) y la velocidad real del motor. De acuerdo con lo comentado anteriormente, el PLC necesitará manejar señales analógicas para realizar el control PID del servomotor. Estas señales serán:
Señal de tensión proporcional a la velocidad del eje motor (ángulo girado por el mismo). Proviene de un potenciómetro. Señal de tensión proporcional a la velocidad angular del eje motor. Proviene de un tacogenerador. Tensión a aplicar al motor: se trata de un motor de corriente continua que se alimenta con una tensión variable.
El flujo de información entre el PLC encargado del control y el motor eléctrico para el control de velocidad debe ser el siguiente:
PLC debe recibir información sobre la velocidad angular con la que gira el eje del motor y debe enviar al mismo una tensión de accionamiento. El programa de control PID debe realizar las siguientes operaciones:
-
Leer de la entrada analógica el valor de la señal que se desea controlar. Comparar esta medida con la referencia (velocidad deseada) y obtener el error como resta de los dos valores. Aplicar el algoritmo de control PID al error, calculando los efectos proporcional, diferencial e integral. Escribir en la salida analógica el resultado calculado.
Finalmente se implementa el bloque PID en el lenguaje deseado (ejemplo, Ladder). Esta implementación variará mucho dependiendo del PLC a utilizar o el Lenguaje a programar. Pero para todos los tipos de implementación, se debe configurar los parámetros del PID en la configuración del software de programación, tales como: Tiempo de muestreo. Referencia. Parámetros P, I y D.
El programa llama a la subrutina inicial en cada ciclo de programa. Los parámetros se fijarán en estos valores: PV_I: se refiere a la entrada analógica del autómata que se utilizará para leer los datos del proceso (en este caso, velocidad del motor). Se elegirá la entrada AIW2. Output: se refiere a la salida analógica del autómata que se utilizará para enviar órdenes o acciones de control al proceso (en este caso tensiones a aplicar al motor). Se elegirá la salida AQW0. Setpoint: se refiere a la posición de memoria donde se indicarán las referencias para el motor Se indicará la posición de memoria VD4 (posición de memoria: PID0_SP.)
