CONTROLADOR DE TENSION DE LAMINA

CONTROLADOR DE TENSION DE LAMINA

CONTROLADOR DE TENSION DE LAMINAUNAC - FIMEELECTRONICA INDUSTRIALProf. Luciano RicciIntegrantes:Palma Martnez , Victor 072864BPrez Torres, Luis H. 032844KMoya Ojeda, Dimas G. 000902E

CONTROLADOR DE TENSION DE LMINA

INTRODUCCIONEn la naturaleza se encuentran diversidad de ejemplos que revelan los principios que gobiernan el control automtico. As, cuando una persona camina o conduce un automvil, ejecuta todas las acciones que conforman un control retroalimentado: mide, compara y acta. Por ejemplo, si al conducir se enfrenta ante un obstculo, su sistema de visin (sensor) permite detectar la presencia del mismo antes de llegar a l, y le enva la informacin al cerebro (controlador) de la distancia a que se encuentra; entonces, ste decide detenerse o disminuir la velocidad, accionando el sistema de frenos (actuador).El primer mecanismo donde se aplic expresamente el concepto de realimentacin con fines de control fue el governor de la mquina de vapor de Watt, en 1728. Sin embargo, la introduccin del control automtico a los procesos industriales fue mucho ms tarda, remontndose a los aos 40s, cuando los objetivos de produccin impidieron seguir operando en forma manual, como se vena haciendo hasta entonces.Aunque la introduccin del control automtico a los procesos industriales fue causante de un nmero masivo de despidos, al sustituir la mquina al operador del sistema, el efecto final fue que surgieron una cantidad importante de empleos de mayor calificacin, liberando al operador de tareas rutinarias y peligrosas.

ANTECEDENTES Los Primeros sistemas de control se dieron dentro de la Revolucin industrial a finales del siglo XIX y principios del XX. Componentes mecnicos y electromecnicos: engranajes, palancas, rels y pequeos motores. Inconvenientes: Armarios grandes y voluminosos, consumo elevado, baja vida til, stock de alto costo y no flexibles. A partir de los 50s comienza el uso de semiconductores. Mejoras: Sistemas de menor tamao y consumo, ms rpidos y menor desgaste. En los 60s General Motors solicita un sistema flexible y adaptable a los nuevos modelos de automviles. Simultneamente en la empresa Bedford Associates Inc. Desarrolla un prototipo de especificaciones: carcter reutilizable, fcilmente programable y mantenible por los tcnicos elctricos, implementacin mediante electrnica de estado slido y de buena interfaz con procesos industriales. En 1968 aparecen los primeros autmatas programables (APIs o PLCs) con CPU de varios integrados y memoria cableada y solo remplazaban los sistemas convencionales de rels. A partir de los 70s se incorpora el uso de microprocesadores mejorando las prestaciones originales: mejor interfaz con el usuario, manipulacin de datos, posibilidad de clculos matemticos, comunicacin con computadoras, etc. La evolucin continu con: mayor cantidad de memoria, instrucciones ms potentes, entradas numricas y analgicas, mayor concentracin de E/S por mdulo, mayor velocidad de ejecucin, mdulos de control continuo (PID, FUZZY), capacidad de autodiagnstico y distintos lenguajes de programacin. La tendencia actual es dotarlo de funciones especficas de control y de canales de comunicacin para comunicarse entre s y con computadoras. Se integra en un sistema, todas las funciones de produccin asistida por una computadora (CIM)

OBJETIVOS

El objetivo de cualquier estrategia de control es mantener una variable llamada controlada prxima a un valordeseado conocido como punto de ajuste set-point. El trmino regularizacin es usado para describir laaccin de control de agentes de perturbacin del estado de equilibrio de la variable controlada. Un sistema de control, solamente puede llegar a la regulacin, aplicando en oposicin a las fuerzas perturbadoras llamadas cargas, correcciones equivalentes en una o ms variables denominada manipulada. La variable controlada permanecer estable, en el proceso mientras se encuentre en estado estacionario. Este equilibrio puede ser alcanzado usualmente pordistintos sistemas de control.Hay varias clasificaciones dentro de los sistemas de controladores.

Atendiendo a su naturaleza son analgicos, digitales o mixtos

Atendiendo a su estructura (nmero de entradas y salidas) puede ser control clsico o control moderno;

Atendiendoasudiseopuedenserporlgicadifusa,redes neuronales..

En este trabajo se aplicar Sistema de Control de Lazo Cerrado

SISTEMA DE CONTROL DE LAZO CERRADO

Se denomina sistema de control de lazo cerrado cuando frente a presencia de perturbaciones, tiende a reducir la diferencia entre la salida del sistema y el valor deseado o set point; realizando el control de forma automtica

LVDTEl transformador Diferencial Variable Lineal es un dispositivo de sensado de posicin que provee un voltaje de salida de CA proporcional al desplazamiento de su ncleo que pasa a travs de sus arrollamientos. Los LVDTs proveen una salida lineal para pequeos desplazamientos mientras el ncleo permanezca dentro del bobinado primario. La distancia exacta es funcin de la geometra del LVDT.

Teora de operacin Un LVDT es muy parecido a cualquier otro transformador, el cual consta de un bobinado primario, bobinado secundario, y un ncleo magntico. Una corriente alterna, conocida como la seal portadora, se aplica en el bobinado primario. Dicha corriente alterna en el bobinado primario produce un campo magntico variable alrededor del ncleo. Este campo magntico induce un voltaje alterno (CA) en el bobinado secundario que est en la proximidad del ncleo. Como en cualquier transformador, el voltaje de la seal inducida en el bobinado secundario es una relacin lineal del nmero de espiras. La relacin bsica del transformador es:

Donde:Vout: tensin de salida.Vin: tensin de entrada.Nout: nmero de espiras de bobinado secundario.Nin: nmero de espiras del bobinado primario.

Como en el ncleo se desplaza, el nmero de espiras expuestas en el bobinado secundario cambia en una forma lineal. Por lo tanto la amplitud de la seal inducida cambiar tambin linealmente con el desplazamiento

El LVDT indica la direccin de desplazamiento debido a que las salidas de los dos bobinados secundarios se encuentran balanceadas mutuamente. Los bobinados secundarios en un LVDT se conectan en sentido opuesto. As cuando el mismo campo magntico variable se aplica a ambos bobinados secundarios, sus voltajes de salida tienen igual amplitud pero diferente signo. Las salidas de los bobinados secundarios se suman, simplemente conectando los bobinados secundarios a un punto comn del centro.

A una posicin de equilibrio (generalmente cero desplazamiento) se produce una seal de salida igual a cero.

La seal inducida de CA es entonces demodulada para producir un voltaje de CC que sea sensible a la amplitud y a la fase de la seal de CA producida.

A continuacin se muestra un diagrama de la relacin entre la seal de entrada del bobinado primario, el ncleo magntico y la seal de salida:

CONTROLADOR DE TENSION DE LMINA

Muchos procesos industriales implican el manejo de hojas o laminas mviles de material. Un ejemplo es del proceso textil, Otros ejemplos son el tratamiento trmico, galvanizado o decapado de lmina de acero, el acabado de la lmina de plstico y el secado de la banda de papel. En todas esas aplicaciones es importante mantener la cantidad adecuada de tensin en la lmina. Demasiada tensin har que la lmina se estire y deforme y que posiblemente se rompa. Si la tensin es muy poca, el material. Si la tensin es muy poca, el material se colgar, pudiendo causar enredos en la maquinaria de manejo.La tensin de una lmina se puede controlar haciendo ajustes a las velocidades relativas del rodillo conductor y el rodillo seguidor en el aparato de manejo de lmina. Eso se ve en la figura (a).

Si el rodillo seguidor gira con determinada velocidad, la tensin de la banda puede aumentarse si se aumenta la velocidad del rodillo conductor. La tensin de la banda puede disminuirse disminuyendo la velocidad del rodillo conductor.Una forma frecuente de hacer esos ligeros ajustes de velocidad es cambiar la posicin de una banda de accionamiento sobre dos poleas cnicas. Eso se ven en la figura (b).

El motor, sea un motor elctrico de velocidad constante o de velocidad ajustable, tiene una flecha con dos extremos. Un extremo se fija al rodillo seguidor, hacindolo girar a una velocidad de referencia. El otro extremo va a la polea cnica A hacindola girar a la velocidad de referencia.La banda conductora (motriz o de accionamiento) transmite potencia de la polea cnica A a la polea cnica B, que a su vez impulsa al rodillo conductor. Si la banda de accionamiento est centrada en las poleas A y B, la polea B gira a la misma velocidad que la polea A. Sin embargo, al mover la polea de tiro hacia la izquierda o la derecha, la banda de accionamiento se puede mover hacia la izquierda o la derecha sobre las poleas cnicas. Cuando la banda de accionamiento se mueve hacia la izquierda, el dimetro A disminuye mientras que el dimetro de B aumenta. Eso hace que desacelere el rodillo conductor. Cuando la banda motriz se mueve hacia la derecha, el dimetro de A aumenta y el dimetro de B disminuye, haciendo que acelere el rodillo conductor.La banda de accionamiento sigue a la polea de tiro, que es una polea loca. Su eje est sostenido en cojinetes montados en una base mvil. La base mvil se controla con un pin y cremallera, accionados por el motor de tiro. EL motor de tiro es un motor de cd en derivacin cuyo eje se conecta a un reductor para tener baja velocidad.El control se logra haciendo funcionar el motor de tiro en forma de rfagas cortas. De ese modo, la base mvil puede desplazarse hacia la izquierda o la derecha poca distancia cada vez. La base contiene la polea de tiro, que posiciona la banda de accionamiento sobre las poleas cnicas. Con esto se imparten ajustes pequeos de velocidad al rodillo conductor, para ajustar la tensin de la lmina.El transductor, que suministra la informacin de tensin a los circuitos de control es un transformador diferencial de variacin lineal (LVDT, de linear variable differential transformer); se ve en las figuras (a) y (c).

El ncleo de ese transformador se fija a un brazo elstico metlico, al cual un rodillo que descansa en la lmina mueve hacia arriba y hacia abajo. Si aumenta la tensin de la lmina, esa lmina sube un poco y hace que el ncleo del LVDT suba. Si la tensin de la lmina disminuye, esa lmina baja un poco. Tambin baja el rodillo debido a la accin elstica del eje. Eso hace que el ncleo del LVDT baje. En consecuencia, los voltajes de salida de los devanados secundarios del transformador lineal son una indicacin de la tensin de la lmina.Vea la figura (d) que es un esquema de los circuitos electrnicos de control. El soporte del trasformador diferencial se sita de tal modo que cuando la tensin de la lmina est a la mitad del intervalo aceptable, el ncleo del transformador est centrado. En este estado, los dos voltajes del secundario son iguales (Vs1=Vs2). Esos voltajes secundarios se rectifican, se filtran y se aplican a las entradas del amplificador operacional 1, diferencial. D1 y D2 son diodos de germanio para seal pequea, con un bajo voltaje de polarizacin directa. As, los voltajes de cd que aparecen en la parte superior de C1 y C2 son casi iguales a los valores mximos de vs1 y Vs2. Si la tensin de la lmina es algo mayor que el punto medio del intervalo aceptable. El voltaje de C1 ser mayor que el de C2. Si la tensin es algo menor que el punto medio del intervalo el voltaje de C2 ser mayor que el de C1. Eso se puede ver fijndose en las marcas de direccin junto al ncleo del transformador lineal. Los resistores R1 y R2 son de drenaje para permitir que C1 y C2 se descarguen y reflejen en forma continua los valores mximos de Vs1 y Vs2.Los voltajes a travs de C1 y C2 se aplican a R3 y R5, que son los resistores de entrada de un amplificador diferencial con ganancia 4. En forma de ecuacin.

Si la tensin de la lmina es mayor que el valor del punto medio, Vsal1 es de voltaje negativo de cd. Si la tensin es menor que el valor medio, Vsal1 es voltaje positivo. Vsal1 se aplica a dos comparadores de voltaje, los amplificadores operacionales 2 y 3. Estos comparadores tienen la funcin de determinar si la tensin medida es demasiado grande o demasiado pequea; en otras palabras, se tolerar cierta desviacin respecto al valor medio de la tensin; pera ms all de cierto punto se emprender la accin correctiva. El amplificador operacional 2 comprueba si la tensin baja del lmite de subtensin. Los lmites mismos son ajustables, y se establecen con los potencimetros P1 (subtensin) y P2 (sobretensin).Para fines de la descripcin supongamos que P1 y P2 se ajustan a +8 y -8 V, respectivamente. Entonces si Vsal1 es ms positivo que +8V, quiere decir que la tensin medida ha rebasado el lmite de subtensin. Cuando eso sucede, la entrada positiva del amplificador operacional 2 se vuelve ms positiva que la entrada negativa, por lo que Vsal2 cambia de saturacin negativa a saturacin positiva (desde unos -13V hasta +13V). Eso hace que aparezca una seal de +5V en la parte superior del diodo zener ZD1. En consecuencia, la apariencia de +5V en ZD1 indica que hay subtensin y que se necesita una accin correctiva.Siempre que la tensin no rebase el lmite de subtensin, Vsal2 es -13V, que polariza a ZD1 en sentido directo y causa una seal de -0.6V en la terminal del ctodo de ZD1.Si la tensin de la lmina rebasa el lmite de sobretensin, Vsal1 se har ms negativo que el ajuste de -8v de P2. Cuando eso sucede, la entrada negativa del amplificador operacional 3 es ms negativa que la entrada positiva, por lo que Vsal3 cambia de -13V a +13V. Eso produce el mismo resultado en el diodo zener ZD2 que lo que se describi arriba para ZD1. Esto es, el valor del ctodo cambia de -0.6 a +5V. Esta seal de +5V representa que hay sobretensin y que es necesaria una accin correctiva.Las lneas de seal subtensin y sobretensin se aplican a las compuertas lgicas NAND1 y NAND2. Supongamos que la familia lgica que aqu se usa opera a un valor de suministro de +5V. Esas compuertas NAND tambin reciben la salida de tren de pulsos de generador astable de pulsos en sus entradas inferiores. Los pulsos tienen una duracin aproximada de 400ms y se dan aproximadamente cada 10 segundos. Cuando llega el flanco positivo del pulso, activa parcialmente ambas compuertas NAND. Si en ese momento la lnea subtensin o sobretensin estn altas (HI), la compuerta NAND correspondiente cambia de estado y entrega una orilla de disparo que va a lo negativo, a las terminales T de uno de los monoestables.Si la lnea subtensin est en alto cuando llega el pulso, dispara el OS1 monoestable, ordenando que acelere el rodillo conductor. Si la lnea sobretensin est en alto, dispara el monoestable OS2, indicando al rodillo conductor que desacelere. Esta es la forma en que el disparo de uno de los monoestables produce el ajuste de velocidad del rodillo conductor.Supongamos que dispara OS1. Su salida Q se volver alto (HI) con una duracin de pulso de 2 segundos, durante los cuales activar el LED en el acoplador ptico 1. El detector en el acoplador ptico es un fototransistor, que se activa durante la presencia del pulso de salida del monoestable. Eso conecta en forma efectiva la compuerta del SCR1 con su nodo, a travs de un resistor de 10K. Cuando el voltaje de nodo a ctodo entra al medio ciclo positivo, el SCR contar con la suficiente corriente de compuerta para disparar. El voltaje mismo del nodo suministra la corriente de compuerta a travs del resistor de 10K. Por consiguiente SCR1 dispara justo despus del cruce por cero, y continuar hacindolo durante todos los 2 segundos de duracin del pulso monoestable. Con SCR1 disparando en cada cruce de cero hacia positivo, la armadura del motor de tiro tendr corriente directa. La trayectoria es la siguiente: de la parte superior de la lnea de suministro de 115V, pasando por SCR1, por el conductor de conexin cruzada en el puente, a travs de D4 y a travs de la armadura del motor, de izquierda a derecha. Durante este periodo de 2 segundos trabajar el motor de tiro y mover la base mvil hacia la derecha en la figura (b). Al final de 2 segundos, el motor de tiro cesar de trabajar, porque terminar el pulso de salida del monoestable. Con eso se desactivar el acoplador ptico e interrumpir la trayectoria de la corriente de compuerta del SCR.Habiendo movido la banda de accionamiento sobre las poleas cnicas, ahora el sistema espera el siguiente pulso del generador astable de pulsos, que llegar 10 segundos despus.Durante este intervalo, el ajuste de la velocidad del rodillo conductor tiene oportunidad de efectuar un aumento de la tensin en la lmina. Eso debe hacer que la tensin suba arriba del lmite de subtensin y retire la seal de +5V en ZD1. Si lo hace, el siguiente pulso del generador de pulsos no tendr efecto sobre NAND1, ya que la entrada superior estar en bajo (LO) entonces. Por otra parte, si no fue suficiente el aumento de velocidad para elevar la tensin de la lmina arriba del lmite de subtensin, se har otra correccin cuando llegue el siguiente pulso. OS1 dispara de nuevo, permitiendo que SCR1 se active y excite al motor de tiro para otra rfaga de 2 segundos. Esta accin se repite hasta que la tensin regrese al intervalo aceptable.Naturalmente que si el error original de tensin hubiera sido una condicin de sobretensin, estara en alto el diodo zener ZD2 y NAND se habra activado al llegar el pulso del generador de pulsos. OS2 habra disparado entonces durante 2 segundos, y no OS1. Eso energizara el acoplador ptico 2 y con ello se activara SCR2. La corriente de armadura en el motor de tiro hubiera invertido, pasando por la armadura de derecha a izquierda, por SCR2, por el conductor de conexin cruzada en el puente y a travs de D3. Con ello la base mvil y la polea de tiro se habran movido hacia la izquierda en la figura (b). El rodillo conductor desacelerara y disminuira la tensin de la lmina. Como antes, el sistema hara tantas correcciones como las que fueran necesarias.El devanado de campo del motor de tiro se activa con la lnea de Ca de 155V a travs del rectificador D5 de media onda. D6 permite que la corriente circule por el devanado de campo durante el medio ciclo negativo. Al bajar la corriente de campo cuando la lnea de ca pase de su mximo positivo, el voltaje inducido en el devanado de campo tiene la polaridad adecuada para polarizar a D6 directamente. En consecuencia, no hay una parada abrupta de la corriente de campo cuando se invierta la lnea de CA. El diodo D6 permite que la corriente contine pasando en el devanado de campo durante el medio ciclo negativo.

FACULTAD DE INGENIERIA MECNICA - ENERGA

Amp OP comparadorMedicion

Oscilador De relojCorreccin FinalAislamientoElctrico

NAND2VNAND1VSobre tensinDe ZD2Sub tensinDe ZD1Acopladorptico 2Acopladorptico 1Armadura del Motor de tiroCampo del Motor de tiro+5VV

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