Analogia y Regulacion

7/21/2019 Analogia y Regulacion

1/56

Departament dEducaci

Electricitat/Electrnica

ANALOGIA Y REGULACIN CON ELPLC SIEMENS S7 314C 2 DP

Realizado por:Antoni Moreno Rey IES SEP LA GARROTXA Fecha: 18/01/2007Versin: 1.3 Pgina: 1/ 56Fichero: Analoga y regulacin

PROGRAMACIN DEL AUTOMATA

S7-300

Analoga y regulacin

Tratamiento de seales analgicas y regulacin

IES SEP LA GARROTXAOLOT


2/56

Departament dEducaciANALOGIA Y REGULACIN CON EL

Electricitat/ElectrnicaPLC SIEMENS S7 314C 2 DP


PRLOGO

Esta documentacin forma parte de una serie de manuales que un grupo de profesoresde tres institutos de educacin secundaria de Catalunya, como son:

IES-SEP Comte de Rius de TarragonaIES Palau Ausit de Ripollet (Barcelona)IES-SEP La Garrotxa de Olot (Girona)

han estado experimentando con diferentes materiales incluidos dentro de la temtica dela automatizacin, el control y las comunicaciones industriales.

Este equipo de profesores, formaron un grupo de trabajo, llamado EDCAI(Experimentacin y Documentacin en Control y Automatizacin Industrial),reconocido tanto por el Departament dEducaci de la Generalitat de Catalunya comopor la empresa Siemens, con unos objetivos tan sencillos como claros y que se basabanen la realizacin de documentacin realizada por profesores/as para profesores/as, yque adems, pudiese servir como manual para los alumnos, esto quiere decir que se haintentado realizar una documentacin que sea fcil de seguir con unas explicacionespaso a paso de los diferentes procesos a realizar, para de esta manera poder alcanzarel objetivo propuesto en cada ejercicio.

Este grupo de trabajo contina trabajando en cada uno de los temas para poder iractualizando da a da esta documentacin, es por ello, que nos podis enviar vuestrassugerencias a travs de la informacin que encontrareis en la web dedicada a estegrupo de trabajo y que desde aqu os invitamos a participar.

www.iespalauausit.com/edcai/edcai.php

Esperamos que el esfuerzo y dedicacin que hemos realizado pueda ayudar a mejorarvuestra labor educativa.

Los profesores del grupo de trabajo EDCAI


3/56




INDICE

1. INTRODUCCIN AL TRATAMIENTO DE DATOS ANALGICOS CON PLC ....................................... 41.1. CONFIGURACIN GENERAL DEL HARDWARE ..................................................................... 41.2. TRATAMIENTO DE DATOS ANALGICOS ........................................................................... 6

2. EJERCICIO 1 ........................................................................................................................... 8

2.1. DESCRIPCIN DEL EJERCICIO .......................................................................................... 82.2. CONFIGURACIN DEL HARDWARE.................................................................................... 82.3. PREGUNTAS .................................................................................................................. 222.4. AMPLIACIN ................................................................................................................. 24

3. EJERCICIO 2 : REGULACIN DE TEMPERATURA TODO-NADA ................................................... 25

3.1. DESCRIPCIN DEL EJERCICIO ........................................................................................ 253.2. PREGUNTAS .................................................................................................................288

3.3. AMPLIACIN ................................................................................................................. 294. EJERCICIO 3: ESCALADO DE ENTRADAS ................................................................................. 30

4.1. LECTURA Y ESCALADO DE UN VALOR ANALGICO PROPORCIONADO POR UN SENSOR DETEMPERATURA.......................................................................................................................... 30

4.1.1 SENSOR DE TEMPERATURA LM35 ........................................................................... 314.1.2 ESTRUCTURA DEL PROGRAMA................................................................................ 33

4.2. PREGUNTAS .................................................................................................................. 364.3. AMPLIACIN ................................................................................................................. 37

5. REGULADORES CON PLC : REGULACIN CONTNUA DE TEMPERATURA CON MUDULACIN POR

IMPULSOS .................................................................................................................................... 38

5.1. REGULACION DE TEMPERATURA CON FB58..................................................................... 38

5.2. PWM (PULSE WIDTH MODULATION)............................................................................... 385.3. FUNCIONAMIENTO ........................................................................................................ 415.4. EJERCICIO: REGULACIN DE TEMPERATURA................................................................... 41

5.4.1 PROCEDIMIENTO................................................................................................... 445.4.2 CONFIGURACIN E LOS PARMETROS DE CONTROL...............................................446

5.5. PREGUNTAS .................................................................................................................. 476. REGULADORES CON PLC UTILIZACIN DE LA FUNCIN DE REGULACIN CONTINUA SFB 41...... 48

6.1. FUNCIONAMIENTO ........................................................................................................ 49


4/56


5/56




El direccionamiento del equipo se ve reflejado en la siguiente ventana:

.


6/56




1.2. TRATAMIENTO DE DATOS ANALGICOS

Referente a la analoga, dado que se trata de entradas / salidas de 12 bits de resolucin (212 valores

diversos) son necesarios 2 bytes para, para lo cual la lectura del valor analgico se realiza en WORDs

(2 byte)

Por ejemplo, la entrada analgica 1, ocupa el rea PEW752 formada por EB752 i EB753, i por

tanto, la siguiente entrada analgica ser la PEW754.

PEB 752 (MSB) PEB753 (LSB)

P E W 7 5 2

S7 aprovecha el uso de una WORD para almacenar el valor analgico medido de forma que se puedan

tratar entradas de diferente resolucin de la misma forma. Ello se consigue trabajando siempre con 15

bits para almacenar el valor, mas un bit (el mas significativo) destinado a definir el signo.

Si la resolucin tiene menos de 15 bit, el dato analgico es completamente justificado a la

izquierda. Los bits de orden inferior no usados se rellenan con ceros.


7/56




El bit ms a la izquierda, el MSB, es el bit de signo; 0 significa que el valor es positivo, 1

significa que el valor es negativo.

Esta tabla muestra ejemplos de configuraciones de bit para diferentes resoluciones.

Tipo Valor Analgico

Nmero de bit 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

valor analgico 15-bit 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1



Las direcciones de la periferia de entradas y salidas analgicas incorporadas en el PLC son:

ENTRADAS

ENTRADA 1 PEW752

ENTRADA 2 PEW754

ENTRADA 3 PEW756

ENTRADA 4 PEW758

ENTRADA 5 PEW760

SALIDAS

SALIDA1 PAW752

SALIDA2 PAW754


8/56




2. EJERCICIO 1

2.1. DESCRIPCIN DEL EJERCICIO

En este primer ejercicio, vamos a ver como configurar el hardware para una entrada analgica, as

como el de la captura y monitorizacin de este valor.

Se trata de realizar un programa en el que capturemos un valor 0 - 10 V variable externamente, as

como de una temperatura capturada con una sonda PT100 y transfiriendo ambos valores a una

posicin de memoria del PLC, en concreto a las WORD MW30 yMW32 respectivamente.

El programa lo organizaremos de la siguiente forma:

OB1

FC1

LeerEntradas

En el bloque de organizacin OB1, programaremos un salto al FC1 donde leeremos las entradas y las

astransferiremos a las posiciones antes indicad

2.2. CONFIGURACIN DEL HARDWARE

Haremos una lectura de la entrada 0 del entrenador, con

direccin PEW752, la cual est asociada a un potencimetro

que proporciona un valor entre 0 i 10 Vaproximadamente.

Podremos comprobar que aunque una representacin de 15

bits podra generar un nmero de 215 valores distintos,

aparentemente el rango de salida debera de ser de 0 a + 32768 (215) para valores unipolares cuando en

realidad es de 0 a + 27648.

Cuando se trabaja con valores bipolares (-10 a +10 V por ejemplo) el rango nominal de -27648 a

+27648.


9/56




Abrimos el administrador de Simatic y creamos un nuevo proyecto:

Archivo Nuevo Nombre

Nombraremos el proyecto como Regul_1

En el administrador de Simatic nos aparecer el icono del proyecto

Para Incluir un equipo Simatic, Nos situamos sobre este icono y haremos:

Clic con el botn derecho insertar objeto nuevo simatic300


10/56




El equipo se ver incluido en el proyecto y se nos mostrar un icono de este en el administrador de

Simatic.

Para configurar el hardware, clicaremos sobre Regul_1 y clicando sobre el icono hardware accederemos

al programa de configuracin de este.

En la ventana de configuracin podemos ver los diferentes elementos que podemos insertar.


11/56




En primer lugar, insertaremos un perfil para ubicar el equipo S7-314-2DP encontraremos dentro de

SIMATIC 300.

Seleccionamos Simatic300 Bastidor Perfil Soporte

Hacemos clic sobre perfil soporte:

Esta accin nos incluir un perfil donde podremos ubicar la CPU as como posible periferia aadida y

elementos auxiliares

Para insertar cualquier equipo, deberemos de elegir un nmero de ranura o slot donde ir insertado:

En principio el perfil aparecer con todos los SLOTS vacos.

Insertaremos la CPU 314-2DP en el Slot 2.


12/56




Es necesario seleccionar la referencia del modelo concreto de

CPU con la que estamos trabajando, dato encontraremos

serigrafiado sobre la carcasa del aparato.

Por defecto, se nos propondr la direccin MPI =2 la cual

aceptaremos si es el caso o cambiarla en el supuesto que el

equipo trabajara con una direccin diferente.

Una vez hecho esto, el administrador de configuracin del hardware nos mostrar la configuracin

realizada, incluyendo tanto la CPU como los elementos de periferia y auxiliares integrados en esta, as

como las direcciones de la configuracin realizada.


13/56




La periferia de analoga utilizada es muy flexible. Es posible trabajar tanto con valores unipolares como

bipolares. Tambin es posible configurar el hardware con el objetivo de incorporar elementos de

analoga que trabajen tanto en tensin como en intensidad, e incluso conectar directamente sensores

del tipo PT100 o termopares.

Es por ello, que una vez aadido al proyecto el hardware que deseamos utilizar, deberemos de configurar

las entradas y salidas analgicas para que estas estn en sintona con los elementos que a ellas debemos

de conectar.

Hacemos clic sobre el campo AI5/A02 y elegiremos una configuracin de las entrada 0 a 3 del tipo

tensin 0..10 V( aunque en esta primera prctica solo utilizamos la entrada 0)

La entrada 4 la configuraremos para que esta pueda leer directamente un sensor termoresistivo tipo

PT100.

Observamos que en la ficha de configuracin, existe tambin la posibilidad de configurar un filtro de la

seal de entrada. Dejaremos 50 Hz, que es el valor ms comn y que nos aparece por defecto.


14/56




Con este paso ya tendremos configurado totalmente el hardware del proyecto de forma acorde con los

elementos utilizados.

Para que dicha configuracin tenga efecto en el PLC deberemos de guardarla, compilarla y transferirla a

este.

Para ello seleccionaremos: Equipo Guardar y compilar

Seguidamente transferiremos la configuracin al PLC.

Pulsando sobre el icono cargar en modulouna ventana seleccionaremos la CPU sobre la que se

cargar la configuracin.


15/56




Para continuar, aceptaremos los valores propuestos.

Ahora el PLC ya ha quedado programado con la nueva configuracin


16/56




PROGRAMACIN

Desde el administrador de Simatic, iremos a la ventana Bloques, donde observaremos que existe

nicamente el bloque de organizacin OB1.

Tal y como hemos comentado, el programa lo ubicaremos en FC1, para lo cual, deberemos de insertar

esta funcin.

Para ello, desde haciendo clic con el botn derecho sobre Bloques seleccionaremos:

Insertar nuevo Objeto Funcin

Nombraremos el objeto como FC1. Como nombre simblico definiremos Lectura analoga, y

aadiremos un pequeo comentario que nos defina su funcionamiento.


17/56




Una vez aceptada la ficha, clicaremos sobre OB1 para editar el programa donde ubicaremos el salto a la

funcin FC1.

Podemos tambin editar la ficha y a continuacin pulsaremos sobre Aceptar


18/56




Para realizar el salto a la funcin FC1, en la ventana Vista General, nos dirigiremos a:

Bloques FC, donde seleccionamos FC1 arrastrndolo al segmento 1 de OB1.

Este es el nico contenido de OB1, y por tanto, guardaremos el bloque haciendo:

Archivo Guardar

Seguidamente editamos FC1 de la misma forma, donde insertamos dos funciones de transferencia

MOVE.


19/56




Esta primera Funcin de transferencia, transferir el contenido de la entrada analgica 0, con direccin

PEW752 a la variable MW30.

Nuevo segmento donde A continuacin, insertaremos un nuevo segmento donde editaremos la segunda

funcin de transferencia MOVE.

En este caso, se trata de transferir el contenido de la entrada 4 ( PEW760), donde conectaremos el

sensor termoresistivo tipo PT100, a la posicin de memoria MW32, donde podremos leer en unidades de

temperatura la magnitud capturada por la sonda.

Una vez editada FC1, guardamos el modulo y a continuacin transferiremos los mdulos editados al PLC.

Para ello, situndonos sobre Bloques, pulsaremos el botn cargar en PLC.


20/56




Una vez cargados OB1 i FC1 en el PLC, nos dirigiremos a FC1 y entramos en modo monitorizacin

(gafas), con el objeto de poder monitorizaron lineel funcionamiento del programa.


21/56




Para poder observar el funcionamiento de la adquisicin de

temperatura, procederemos a conectar los dos cables de la sonda

PT100 en los terminales de la entrada PEW760.

Si la sonda es de 3 o 4 hilos, utilizaremos nicamente dos de ellos.

Una vez conectada la sonda, para poder visualizar los datos de

forma mas clara, nos dirigiremos a la pestaa forzado en la

pantalla de monitorizacin y editaremos la tabla para poder

visualizar en diversos formatos las entradas analgicas tal como muestra la figura.


22/56




2.3. PREGUNTAS

1. Acta sobre el potencimetro asociado a PEW752 y anota los valores decimales y binario de

MW30 cuando situamos el potencimetro en su valor mnimo y cuando lo hacemos en su valor

mximo.

BINARIO DECIMAL VENTRADA

MW30 0V

MW30 10V

Porque crees que los mrgenes del valor ledo difieren un poco de los esperados?.

2. Observa y anota el valor ledo en MW32 a temperatura ambiente. Sujeta ahora la sonda con la

mano y observa como aumenta la temperatura hasta aproximadamente unos 35 grados

(temperatura corporal).


23/56




BINARIO DECIMAL TEMPERATURA

MW32 AMBIENTE

MW32 CORPORAL

En que unidades nos indica MW32 el valor decimal de la temperatura?.

3. Que haras en el caso de observar que existe un error absoluto constante de + 1C en la

lectura?.


24/56




2.4. AMPLIACIN

Para poder observar mejor el funcionamiento de la sonda, introduce esta en agua muy caliente y en aguacon hielo. Anota los valores ledos.

BINARIO DECIMAL TEMPERATURA

MW32 Muy caliente

MW32 Muy fria


25/56




3. EJERCICIO 2: REGULACIN DE TEMPERATURA TODO-NADA

3.1. DESCRIPCIN DEL EJERCICIO

El siguiente ejercicio es una pequea aplicacin de regulacin todo-nada utilizando un PLC. Se Trata

de leer la temperatura de una lmpara de 24 V accionada directamente desde una salida del PLC,

utilizando para ello una sonda tipo PT100 conectada en la entrada 4 de este.

El valor de temperatura lo compararemos con una referencia fija de unos 30 grados mediante una

instruccin de comparacin del PLC. En caso de que la temperatura leda sea inferior al valor de

referencia, la salida del PLC activar la lmpara. En caso contrario, la lmpara permanecer apagada.

El ejercicio se programara en FC1, programando un salto a esta funcin desde OB1. Guarda el proyecto

del ejercicio con el nombre Regul_2.


26/56




La asignacin de entradas y salidas vendr definida por la siguiente tabla

ASIGNACIN OBSERVACIONES

SONDA PT100 PEW760 Entrada Analgica 4

SALIDA LAMPARA A124.0 Salida Digital

VARIABLE TEMPERATURA MW30

Donde PEW760 es la entrada analgica 4 donde conectaremos el sensor, A124.0 es salida digital con

lgica positiva (+24 V o nada) que controla la lmpara y MW30 es una posicin de memoria auxiliar que

contendr el valor de temperatura ledo.

En FC1 se programar una transferencia de PEW760 a MW30, la cual se comparar con una constante de

referencia mediante una operacin de comparacin, la salida de la cual determinar el estado de la salida

A124.0.


27/56




Una vez transferidos tanto el programa como la configuracin del hardware, conecta la lmpara entre 0

V (negro) y la salida A124.0 (rojo), as como la sonda en la entrada analgica correspondiente, de

forma que ambos queden situados de forma prxima para asegurar la transferencia de calor.

Monitoriza FC1 i MW30.


28/56


29/56




3.3. AMPLIACIN

4. Disea una modificacin en FC1 de forma que el circuito tenga una histresis de 1 C, es

decir, que la lmpara se conecte cuando la temperatura baje por debajo de los 30C y se

desconecte cuando supere los 31C.

Una vez en funcionamiento, dibuja el esquema que has utilizado.

5. Que ventajas observas?

6. Con que frecuencia aproximadamente se conecta y desconecta la lmpara?


30/56




4. EJERCICIO 3: ESCALADO DE ENTRADAS

En los procesos en que intervienen variables analgicas que deben de ser ledas desde el sistema de

control, una de las tareas que casi siempre aparece es el escalado, es decir, la traduccin del valor

normalizado ledo (0..10 V, 4..20 mA, etc.) a las unidades que este valor representa (C, RPM, etc.)

As por ejemplo, si un sensor de posicin lineal analgico entrega un valor entre 0..10V en funcin de

una carrera variable entre 0 y 55 cm, ser necesaria una operacin que convierta el valor de tensin

(voltios) ledo en unidades de distancia (cm).

A esta funcin se le denomina escalado. En los casos en que la dependencia entre el valor analgico

ledo y las unidades a las que se desea la conversin es lineal, es decir, quede definido por una lnea

recta, es fcil realizar esta operacin mediante la funcin FC105 SCALE CONVERT.

4.1. LECTURA Y ESCALADO DE UN VALOR ANALGICO PROPORCIONADO POR UNSENSOR DE TEMPERATURA.

En este ejercicio, se pretende poder capturar y monitorizar la temperatura captada por un sensor

especializado, el LM35, mediante una entrada analgica del PLC y un escalado del valor ledo por este.


31/56




4.1.1 SENSOR DE TEMPERATURA LM35

El sensor de temperatura LM35 es un sensor de bajo coste, hecho a base de semiconductor. El sensor,

dispone de tres terminales, dos de los cuales estn destinados a su alimentacin en C.C., entre 4 y 30 V y un

tercer terminal que da una tensin proporcional a la temperatura leda.

El valor de la tensin de salida es de 10 mV/C y el sensor

conserva la linealidad durante su rango de medida que va

desde los -55 C a los 150 C.

A continuacin se detalla una pequea tabla de

caractersticas de este elemento:

Sensibilidad 10mV/C

Rango de medida -55 C a los 150 CError de Linealidad +/- 0,5CAutocalentamiento 0,08 CPrecisin 0,5 CTensin de alimentacin CC 4-30 V

El amplio margen de alimentacin nos permitir alimentar este desde la fuente de 24 voltios del PLC.


32/56




Para ello, utilizaremos tres hilos: rojo y negro para las alimentaciones de positivo y masa

respectivamente, y un tercer cable, (azul en la figura) que conectaremos al terminal de salida del sensor.

Conecta el positivo y negativo del sensor a la

alimentacin del entrenador, y su salida a la

entrada analgica PEW754

Efectuado esto, el sensor dos entregar una

tensin en funcin de la temperatura que podr

ser leda por el PLC.

Algunos valores de salida correspondiente a

temperaturas positivas seria:

Vsalida ( V ) Temperatura (C)0 0

0,25 250,5 500,75 75

1 1001,25 1251,5 150

Es precisamente la equivalencia entre los valores ledos y las temperaturas a que estos corresponden lo

que se realizar con la funcin de escalado implementada en este ejercicio.

Grficamente, podramos representar esta correspondencia con una recta, ya que se trata de una funcin

lineal. Esta seria:

Temperatura (C)

0

20

40

60

80

100

120

140

0 0,5 1 1,5

Vsensor

Temperatura

Temperatura (C)


33/56




Mediante la funcin de escalado, se le indicar al PLC dos puntos caractersticos de esta recta, realizando

el PLC de forma automtica la relacin entre el valor analgico ledo y la temperatura equivalente.

4.1.2 ESTRUCTURA DEL PROGRAMA

Desde el mdulo Ob1 , llamaremos al FC1 que es donde ir ubicado el programa. En este mdulo, se

realizar una llamada al mdulo de escalado FC105.

OB1 FC105(SCALE CONVERT)FC1

Temperatura(C)

0

20

40

60

80

100

120

140

0 0,5 1 1,5

Vsensor

Temperatura

Temperatura(C)

LeerEntradasy escalar

Crearemos para ello un nuevo archivo que denominaremos Regul_3.

Hecho esto, insertaremos FC1. Dentro de FC1 realizaremos la llamada al mdulo de escalado FC105.

Este, esta ubicado en la Standard Library.


34/56




En la funcin FC105 de escalado, se le introduce

por la entrada in el valor que queremos

escalar, que en este caso ser la entrada

analgica PEW754.

Recordemos que esta, se configurar como

entrada de tensin de 0 a 10 Voltios.

Son precisamente los valores LO_LIM y

HI_LIM, constantes en formato entero donde

se le indica a la funcin cuales son las

equivalencias de la conversin para una entrada

de O voltios y una entrada de 10 voltios

respectivamente.

Es a partir de la informacin dada por estos dos puntos que FC105 realiza la conversin o escalado,

librando el resultado de esta en la salida OUT.


35/56




El valor BIPOLAR, es un bit mediante el que informamos al mdulo de funcin la entrada sobre la que

realizaremos la conversin trabaja o no con valores bipolares, es decir, positivos i negativos.

Finalmente, RET_VAL, nos indica las posibles incidencias de la conversin.

Aunque el sensor libre un valor de tensin mximo en su salida de 1,5 V, deberemos indicar en HI_LIM a

que temperatura correspondera una entrada de 10 V.

Podemos calcular el valor a introducir en HI_LIM a partir de la sensibilidad del LM35 de la siguiente

forma:

HI_LIM = 10 V / ( 10 mV/C) = 1000 C

Dado que el sensor entrega 0V cuando la temperatura es de 0 C, el valor LO_LIM indicado a FC105

seria:

LO_LIM= 0 C

Dado que trabajaremos nicamente con valores de voltaje positivos, asociaremos a la entrada BIPOLARel bit de marca M100.0 que siempre mantendremos a 0. Ello informar a FC105 de que el modo de

trabajo ser unipolar.

El resultado de la conversin OUT, lo guardaremos en MD10, y el valor RET_VAL en la word MW210.

Temperatura (C)

0

200

400

600

800

1000

0 5 10

ENTRADA ANALOGICA

TEMPERATURA

Temperatura

(C)


36/56




El grfico muestra el escalado que realizara esta funcin. Podemos comprobar su funcionamiento

monitorizando on line el funcionamiento de FC1 as como la variable de salida obtenida en MD10.

4.2. PREGUNTAS

1. Que deberas de modificar en el caso de que el sensor tuviera una sensibilidad de 9.9

mV / C en vez de los 10 mv/C?

2. Que se debera de hacer en el caso de que tuvisemos una entrada analgica bipolar y

quisiramos aprovechar el rango completo del sensor (-0.55V a 1,5V)?


37/56




4.3. AMPLIACIN

1. Conecta una lmpara de 24 V a la salida A125.0. Coloca el sensor LM35 junto a la lmpara con elobjeto de leer la temperatura. Realiza una modificacin al programa actual, de forma que

siempre que el sensor detecte una temperatura inferior a 30 C conecte la lmpara.

2. Observars que la lmpara oscila entorno al valor de 30 C. Modifica el programa de forma que

esta se conecte cuando la temperatura baje de los 29 C y se desconecte cuando suba por encima de los

30C. (histresis de 1 C).


38/56




5. REGULADORES CON PLC: REGULACIN CONTNUA DE TEMPERATURA CONMUDULACIN POR IMPULSOS

5.1. REGULACION DE TEMPERATURA CON FB58

INTRODUCCIN

Uno de los inconvenientes de algunas regulaciones continuas cuando se trabaja sobre actuadores

elctricos de potencia, como es el caso de resistencias elctricas para caldeo, es el hecho de que los

elementos de ajuste para poder variar el valor medio de tensin entregado a estos elementos suelen ser

caros si se trata de circuitos que incorporan componentes electrnicos de potencia tales como

transistores, tiristores, etc.

Una solucin econmica aplicable a procesos con gran inercia, como es el caso de las regulaciones de

temperatura, es la modulacin por impulsos de la tensin entregada al actuador.

En el caso concreto de la regulacin de temperatura mediante resistencias elctricas, la tcnica se basa

en alimentar estas de forma intermitente, con un periodo fijo, variando el regulador segn la necesidad

el tiempo de conexin (Ton) y el tiempo de reposo (Toff).

5.2. PWM (PULSE WIDTH MODULATION)

La modulacin por amplitud de impulsos (PWM) se basa pues,

en entregar de forma pulsatoria y peridica una tensin Vlnea

durante un tiempo Ton, dejando de entregar esta tensin durante

un tiempo Toff.

Con esta tcnica, se consigue que la carga, resistencias en este

caso, no reciban la totalidad de tensin de lnea Vlnea, sino que


39/56




recibiran una tensin reducida equivalente a la siguiente expresin.

Vcarga = Vlnea* (Ton/T)

Siendo T=Ton+Toff

Manteniendo constante el periodo de la modulacin T, o lo que

es lo mismo, realizando siempre la modulacin con frecuencia

constante, se consigue que variando la amplitud del pulso Ton,

vare el promedio de tensin que recibe la carga (Vcarga).

En el siguiente diagrama de tiempo podemos ver podemos

observar tres situaciones diferente de una modulacin PWM.

Es importante observar que el periodo T de la frecuencia de

modulacin es siempre el mismo, variando en cada uno de los

casos el tiempo Ton durante el que se alimenta la carga T.

En el caso ATon es muy elevado, de forma que se aproxima a

T y por tanto, el promedio de tensin de salida es casi la tensin de alimentacin del modulador.

En el caso B, Ton=(T/2) i por tanto la tensin de salida s justamente la mitad de la tensin de

alimentacin del modulador. Asi pues, si estuvisemos alimentando el conjunto con una tensin de lnea

de 230 V de corriente alterna, la tensin promedio que llegara a la carga en esta situacin seria de 115

Finalmente tenemos que en el caso C, Ton


40/56




EL REGULADOR DE TEMPERATURA CONTNUO CON SALIDA PWM FB58

Esta es un una funcin que nos permite realizar una regulacin PID completa, pensada para la

regulacin de temperatura , y que incorpora dentro de la misma funcin un generador de pulsos

destinado a controlar una salida binaria del PLC .

Asociando a esta salida un rel de potencia que nos controle la alimentacin de las resistencias

calefactores, obtendremos un equipo de regulacin de altas prestaciones y bajo coste.


41/56




5.3. FUNCIONAMIENTO

El valor de consigna se introduce en la entrada SP_INT en formatocoma flotante.

La toma del valor actual del proceso se puede hacer por PV_IN mediante un real, o por PV_PER. En el

segundo caso, se puede seleccionar directamente el tipo de sensor asociado a la entrada.

La salida Qpulse, es la que debemos asociar a la salida del PLC que alimenta el rel al que se asocian

las resistencias.

Tal y como pasa en otras funciones destinadas a regulacin, la llamada del mdulo se debe de realizar deformaequidistante. Es por ello que se llamar el mdulo desde un bloque de interrupcin cclica.

5.4. EJERCICIO: REGULACIN DE TEMPERATURA

En el presente ejercicio realizaremos una regulacin de temperatura de una lmpara de 24 V que se

alimenta directamente de la salida A125.0 del PLC, para lo cual conectaremos esta entre la salida

(Terminal rojo) y el negativo (Terminal negro).

La medida del valor real de la temperatura la haremos

mediante un sensor de temperatura tipo LM35,

alimentado directamente a 24V ( Rojo-Negro) y que nos

entrega una tensin a su terminal de salida ( central )

que varia linealmente de forma proporcional a la

temperatura a razn de 10mv/C (sensibilidad).

Para tener una lectura en C, realizaremos un escalado

utilizando la funcin FC105.

Tanto el escalado de la lectura analgica como la regulacin se programarn en el mdulo de alarma

cclica OB35.

Para ello, durante la configuracin del Hardware, seleccionaremos un tiempo de ejecucin de alarma

cclica de 100 ms en las propiedades de la CPU.


42/56




.

La funcin FB58, tiene asociado un mdulo de datos, destinado a contener los parmetros del

regulador.

El mdulo de datos que asociaremos ser el DB10, que podremos editar posteriormente con el objeto de

sintonizar el regulador.

Por tanto, el presente proyecto incorporar los siguientes mdulos:

OB1 - Vaco

FC105 - Escalado con salida en C

OB35 - Alarma cclica que contendr el programa

FB58 - Funcin de regulacin de continua de temperatura con PWM

DB10 .- Modulo de datos que contendr la parametrizacin del regulador.


43/56





44/56




5.4.1 PROCEDIMIENTO

Crea un nuevo proyecto y configura el hardware segn lo indicado.

Crea un mdulo de organizacin OB35.

Programa en el mdulo los siguientes segmentos:

Este segmento escala de 10mV/C a Grados centgrados, librando la salida como real en la MD10.


45/56




Este segmento transfiere el valor real de temperatura de consigna a una doble word. Este paso es

necesario ya que el modulo de regulacin toma el setpoint de una posicin de memoria interna.

Este segmento contiene la implementacin de un regulador contnuo completo. Observamos que en

PV_IN se introduce el valor real del proceso en unidades de C gracias al escalado previo hecho en el

segmento 1.

El Setpoint viene indicado por el contenido de la MD20 de tipo real.

Finalmente, utilizamos las entradas del PLC E124.0 a E124.3 con el propsito de experimentar en la

activacin y desactivacin de las diferentes opciones.

La salida del regulador utilizada, la QPULSE, nos entrega directamente una seal modulada en anchura

que servir para controlar la lmpara calefactora.

Esta salida la asociamos a la salida del PLCA125.0


46/56




5.4.2 CONFIGURACIN DE LOS PARMETROS DE CONTROL

La configuracin de los parmetros de control se realiza a partir del DB asociado a la funcin de

regulacin FB58, que en este caso es el DB10.

Observamos que nos permite ajustar los parmetros tpicos de un PID.

Es importante recordar el activar el generador de impulsos durante la edicin del DB. Esto se hace

seleccionando la casilla activar del generador de impulsos.

Un parmetro importante en esta configuracin es el periodo de la seal moduladora, que indica la

periodicidad con que se activar la salida.

1. Ajusta los parmetros de control con el fin de conseguir una temperatura del proceso lo mas fiel

posible al Setpoint ( sin oscilaciones)


47/56




5.5. PREGUNTAS

1. Que pasar si se elige un tiempo de ciclo excesivamente largo?

2. Que ventajas tiene el sistema de regulacin con salida PWM respecto al sistema con salida

continua?

3. Crees que es adecuado este tipo de regulador para cualquier tipo de proceso? Razona la

respuesta.


48/56




6. REGULADORES CON PLC UTILIZACIN DE LA FUNCIN DE REGULACIN CONTINUA

SFB 41

Se trata de realizar una regulacin continua utilizando una funcin para el PLC SIEMENS S7-300 en el

que disponemos de un mdulo de entradas unipolares para leer la magnitud de referencia (W) y la

medida (X).

El autmata con CPU 314C-2DP ejecutar una funcin, la SFB 41 que har las funciones de regulador.

Podemos observar en forma de bloques las diversas partes de que consta:

En primer lugar, se trata de regular el valor de apertura de una

compuerta accionada por un flujo de aire de la cual podemos

conocer su ngulo. El valor de la apertura deseada, se dar

mediante un potencimetro externo que entregue un valor a la

salida entre 0-10 voltios en funcin de si el ngulo deseado vara

entre 0-90 grados.


49/56




6.1. FUNCIONAMIENTO

El funcionamiento del programa se el siguiente:

El mdulo OB1 no realiza ninguna funcin significativa, puesto que para evitar que el tiempo cada

cuando se ejecuta la funcin PID vare en funcin de la longitud del ciclo de scan, se utiliza un mdulo de

ejecucin cclica, el OB35, el cual, configuraremos para que se ejecute cada 100 ms.

Ser dentro de este mdulo, dnde programaremos la funcin PID. En primer lugar, haremos un

escalado de la primera entrada analgica con la funcin FB105.

Introduciremos el valor del Set Point (0-10V) y lo escalaremos de forma que tengamos la salida en MD10(real) un valor entre 0 y 100 (que indicar 0 a 100 % de apertura).

Una vez hecha la lectura, ejecutaremos la

funcin PID SFB41.


50/56




El significado de cada uno de los parmetros lo puedes consultar a la documentacin adjunta. En todo

caso, puedes observar que la medida PVPER del proceso se toma directamente desde la segunda

entrada del mdulo de analoga.

Este valor se escalar entre 0 y 100 utilizando las propias funciones del mdulo PID.

En el diagrama anterior, se puede observar que la magnitud de ajuste se descarga en MD18.

Esta magnitud que ser variable entre 0 y 100, se desescalar utilizando la funcin de desescalado

FB106.

El valor de desescalado lo volcaremos directamente en la periferia de salidas analgicas.

Este valor se entregar en la primera salida del mdulo de salidas analgicas del PLC.

En resumen, los mdulos de programa utilizados son: OB1, OB35, FC105, FC106 y FB41.


51/56




1. Indica resumidamente la funcin de cada uno de estos mdulos:

MDULO FUNCIN

OB1

OB35

FC105

FC106

FB41


52/56




2. Ajusta el regulador como regulador proporcional y indica valor y significado de los siguientes

parmetros:

PARMETRO VALOR SIGNIFICADO

MAN_ON

PVPER_ON

P_SEL

I_SEL

I_ITL_ON

D_SEL

CYCLE

SP_INT

PV_PER

MAN

GAIN

TI

TD

LMN


53/56




3. Ajusta el setpoint para obtener los siguientes valores de ngulo con el mnimo error posible sin

que el sistema oscile:

ANGULO SP % GAIN ERROR

25

35


54/56




4. Ajusta el regulador como regulador PI.

Que cambios has tenido que hacer?

5. Vuelve a ajustar el regulador para los siguientes ngulos actuando tambin sobre el parmetro

TI.

ANGULO SP % GAIN TI ERROR

15

35


55/56




6. Cambia ahora la maqueta anterior por una maqueta de regulacin de luz y temperatura.

Esta maqueta calienta mas o menos una resistencia interior (bombilla) en funcin de la tensin de

entradaV(ll) , variable entre 0 y 10 V.

Un sensor interior que mide la temperatura de la bombilla, da una medida Vo(t) de 0V cuando la

temperatura es de 20 C y 10Vcuando esta es de 100C.

PAW752PEW754-0v

PLC SIEMENS S7314-2DP

Utiliza de nuevo la tensin de la entrada analgica 1 (potencimetro del PLC) para obtener la

magnitud de referencia de temperatura (Setpoint) en el rango de 0 a100%.

Introduce la medida de temperatura Vo(t) en la entrada analgica 2 del PLC y escala esta para

obtener la lectura de temperatura. Escala este valor de 0-10V para obtener una lectura en grados

centgrados entre 0 y 100 % de temperatura (correspondera a un valor entre 20 y 100 grados).

Utiliza la salida analgica 1 como salida de magnitud de ajuste (Y).

7. Ajusta el setpoint para una temperatura de 60 C. Prueba el sistema.


56/56



PREGUNTAS:

1. Que ventajas y inconvenientes crees que tiene el regulador PLC respecto un regulador

convencional?

2. Crees que influye el tiempo programado en la interrupcin cclica del OB35?. Explica como y

porque.

Analogia y Regulacion

Documents

Transcript of Analogia y Regulacion