Descripción del problema
En este artículo vamos a automatizar el calentamiento del líquido en un tanque mediante vapor. Este proceso se implementará con PLC utilizando un diagrama de escalera.
Solución del problema
El flujo de vapor se controla para calentar el líquido. Si la temperatura se detecta por debajo del punto de ajuste, el flujo de vapor aumenta y viceversa.
Se calibra la salida 4…20mA del sensor de temperatura de manera que cuando la entrada sea 0°C, dé 4 mA de salida y cuando sea 100°C, dé 20 mA de salida.
Entonces, en resumen, necesitaremos lo siguiente:
Sensor de temperatura RTD PT100 - Mide continuamente la temperatura del líquido en el tanque. Funciona con una señal eléctrica estándar de 4-20 mA conectada a la entrada analógica del PLC que procede la conversión de la señal eléctrica estándar 4...20 mA del sensor de temperatura en señal digital.
Módulo de entrada analógica de PLC - Convierte señal eléctrica en números de 16 bits equivalentes. Entonces, cuando la entrada al módulo es 4mA, el módulo registra 0000h en el registro y cuando la entrada al módulo es 20mA, el módulo registra FFFFh. Esta conversión la realiza internamente el convertidor A-to-D del módulo. O simplemente podemos decir que convierte la señal eléctrica 4...20mA en señal digital equivalente.
Módulo de salida analógica de PLC - Convierte la señal digital en señal eléctrica de corriente equivalente para operar el circuito de alimentación que varía la salida en consecuencia, para impulsar el elemento de control final. En este ejemplo es válvula de llenado.
Bloques de operación - Se utiliza para captar y convertir señal eléctrica de 4...20mA en registros. Los módulos analógicos de PLC se utilizan para realizar esta conversión.
Convertidor de Corriente a Presión - Convierte la señal de corriente en una señal neumática equivalente a 3-15 psi (0,2 - 1 bar) y ajusta la apertura de la válvula.
Válvula de control de vapor - Permite el calentamiento del líquido y es controlado por un sensor de temperatura de acuerdo a la temperatura para controlar la apertura.
Lista de entradas/salidas
Palabras de memoria
%MW0 - El valor de la señal digital según la temperatura actual en el tanque.
%MW1 - El valor de la señal digital de 1 centigrado de temperatura del en el tanque.
%MW2 - El valor preestablecido de la señal digital.
%MW3 - El valor de la señal digital convertido en centigrados
Bits de memoria
%M0 - BOBINA_BIT - Bobina auxiliar de ciclo encendido
Lista de entradas digitales
Lista de entradas analógicas
Diagrama de escalera de PLC de Calentamiento del Líquido en un Tanque Mediante Vapor cuando se utiliza un sensor RTD PT100 no calibrado.
Descripción del programa del PLC cuando se utiliza un sensor RTD PT100 no calibrado.
En esta aplicación, utilizamos PLC Modicon M221 y programa EcoStruxure Machine Expert - Basic para la programación.
Rung0
Cuando se cierra el contacto %I0.1 (START_), la bobina auxiliar %M0 (BOBINA_BIT) se activa. La bobina %M0 permanece activada ya que el contacto de la bobina está en paralelo con el contacto %I0.1. De esta forma el sistema se activa y se puede volver a detener abriendo el contacto %I0.0 (STOP).
Cuando se presiona el pulsador de marcha, el sistema se inicia y se detiene al presionar el pulsador de parada.
Rung1
El bloque de operación se utiliza para asignar el valor actual de la señal digital del sensor de nivel %IW1.0 (PT100) a la palabra de memoria %MW0. El valor que se captura está en el rango de 0 a 32767.
Rung2
El bloque de operación se usa para calcular el valor de la señal digital de 1 ºC. En este ejemplo el sensor de temperatura que se usa es RTD PT100 con el rango de medición -200...650 ºC. El valor que queremos se puede calcular dividiendo el valor %MW0 por 850 (32767 / 850). Este valor se asigna a la palabra de memoria %MW1. El valor que obtenemos es 39 redondeado.
Rung3
El bloque de operación se utiliza para calcular el valor preestablecido, es decir, el valor de la temperatura de líquido que queremos mantener en el tanque. El nivel que queremos mantener en el tanque es de 100 ºC. El valor que queremos obtener se puede calcular multiplicando el valor de %MW1 por 300. El valor de la señal digital del valor preestablecido es 11700. Este valor se asigna a la palabra de memoria %MW2.
Rung4
El bloque de operación se utiliza para asignar el valor preestablecido %MW2 a Convertidor de Corriente a Presión %QW1.0 (I_P_CONVERTIDOR) de la válvula de control de vapor que convierte la señal eléctrica de corriente en una señal neumática equivalente de 3-15 PSI y ajusta la apertura de la válvula.
La conversión digital a analógica del valor de palabra de memoria %MW2 se realiza dentro de procesador del módulo de salida analógica de PLC y el Convertidor de Corriente a Presión recibe la corriente equivalente en mA.
(Rung1, Rung2, Rung3 and Rung4 cuentan con toda la conversión necesaria para mantener una temperatura del líquido en el tanque.)
Recuerda, este diagrama utiliza un método de cálculo de señales de 4..20 mA para -200…650 ºC que cuando - 200 ºC da una salida de 4 mA y 650 ºC da una salida de 20 mA. Sin embargo, esta conversión no ofrece una acción de control precisa porque la conversión de datos genera errores menores al realizar la conversión.
Rung5
Este bloque de operaciones se utiliza para convertir la señal digital del sensor de temperatura (%MW0) en grados centígrados. Ya tenemos el valor digital para 1 ºC de Rung2 que es 39. Para obtener los grados centigrados, dividimos el valor del rango máximo por 39 (32767 / 39). Este valor se asigna a la palabra de memoria %MW3
Rung6
Este bloque de operación se utiliza para mostrar la temperatura en el tanque en una pantalla QW1.1 (PANTALLA_TEMP). El valor de la palabra de memoria %MW3 convertido en el número BCD equivalente se envía a la pantalla.
La pantalla está conectada al módulo de salida analógica del PLC. Muestra la temperatura en el tanque en centígrados. La función BTI convierte números decimales en decimales codificados en binario y luego la pantalla decodifica el número BCD convertido. El valor actual de la palabra de memoria %MW3 se muestra en la pantalla.
Diagrama de escalera de PLC de Calentamiento del Líquido en un Tanque Mediante Vapor cuando se utiliza un sensor RTD PT100 calibrado.
Descripción del programa del PLC cuando se utiliza un sensor RTD PT100 calibrado.
Rung0
Cuando se cierra el contacto %I0.1 (START_), la bobina auxiliar %M0 (BOBINA_BIT) se activa. La bobina %M0 permanece activada ya que el contacto de la bobina está en paralelo con el contacto %I0.1. De esta forma el sistema se activa y se puede volver a detener abriendo el contacto %I0.0 (STOP).
Cuando se presiona el pulsador de marcha, el sistema se inicia y se detiene al presionar el pulsador de parada.
Rung1
El bloque de operación se utiliza para asignar el valor actual de la señal digital del sensor de nivel %IW1.0 (PT100) a la palabra de memoria %MW0. El valor que se captura está en el rango de 0 a 32767.
Rung2
El bloque de operación se utiliza para asignar el valor actual %MW0 a Convertidor de Corriente a Presión %QW1.0 (I_P_CONVERTIDOR) de la válvula de control de vapor que convierte la señal eléctrica de corriente en una señal neumática equivalente de 3-15 PSI y ajusta la apertura de la válvula.
La conversión digital a analógica del valor de palabra de memoria %MW2 se realiza dentro de procesador del módulo de salida analógica de PLC y el Convertidor de Corriente a Presión recibe la corriente equivalente en mA.
RTD PT100 tiene una resistencia de 100 Ω cuando está a 0 °C y de 138,4 Ω cuando está a 100 °C. En este método, cuando el sensor se prueba en laboratorio y se calibra de tal manera que a 0 ºC da una salida de 4 mA ya 100 ºC da una salida de 20 mA, se puede convertir directamente en hexadecimal de 0000h a FFFFh. Luego, la programación es simplemente mover estos datos convertidos a la salida, que nuevamente convierte 0000h-FFFFh en un equivalente de 4-20 mA para activar la válvula de control.
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Nota: Este artículo solo tiene fines educativos o de referencia y es posible que el programa no esté completo.
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