SIMBOLOGÍA Y ESQUEMAS

INTRODUCCIÓN

En esta unidad estudiaremos los conceptos de mando y automatismos, asimismo describiremos los componentes de un sistem a de mando. Diferenciaremos entre mando manual, secuencial, alternado, semiautomático y automático.

Estudiaremos las diferentes normas en la representación de un sistema de mando, así como los símbolos utilizados en dichas normas. Ana lizaremos los diferentes esquemas eléctricos de un sistema de mando así como designaremos los elementos y equipos que se encuentran dentro de un esquema de automatización.

DEFINICIONES

PROCESO

Es un procedimiento para la conversión y/o el transporte de material, energía y/o informaciones.
El proceso técnico
Se distinguen cuatro clases de procesos:
•  Procesos de transformación
Se producen materiales o energía partiendo de materias primas. Ej.: industria química, siderúrgica, fábricas  de cemento, centrales eléctricas, etc.
Procesos de fabricación
Se modifica la forma del material por medio de una elaboración mecánica. Ej.: máquinas - herramientas de control numérico, máquinas para trabajar la
madera, etc.
Procesos de distribución
El material se distribuye con respecto al tiempo o espacio. Ej.: redes de energía, centrales telefónicas automáticas, etc.
Procesos de medición y verificación
Se analizan las propiedades mecánicas,  físicas y químicas de los objetos. Ej.: banco de pruebas para motores, simuladores de vuelo, etc.
Los procesos también pueden dividirse en  continuos y discontinuos :
•  Proceso continuo
Cuando la transformación es constante.
Proceso de lamina do de chapas de hierro
•  Proceso discontinuo
Cuando la transformación es por pasos.
Proceso de tostado de café
MANDO
Es el proceso en el que una o varias magnitudes de entrada influyen en otras que actúan como magnitudes de salida.
Mando manual de un caudal
REGULACIÓN
La regulación es un proceso en el cual se mide continuamente la magnitud a regular, se la compara con otra magnitud piloto tratando de conseguir una adaptación a dicha magnitud.
Regulación manual de un cauda
Resumiendo
Se usa el MANDO cuando:
♦   Las repercusiones de una variación  en la magnitud perturbadora son pequeñas.
♦   Se conoce la variación que produce la magnitud perturbadora.
♦   Las variaciones de la señal perturbadora no son frecuentes.
Empleamos la REGULACIÓN cuando:
♦   Pueden producirse diferentes magnitudes perturbadoras.
♦   Las magnitudes perturbadoras difieren en su índole y extensión.

 

GLOSARIO

Conexión Dahlander Forma de conexión del bobinado de un motor en la cual cada

fase está dividida en dos partes iguales con una toma intermedia.

Nos permite tener dos velocidades de giro.

 

 

Corriente nominal Corriente asignada al motor para operación en régimen

permanente. Su valor viene indicado en la placa característica del

motor.

 

Estator Parte fija de un motor que consiste en una serie de bobinas

arrolladas y conectadas entre sí, dejando puntos de conexión

hacia el exterior para la conexión de la energía eléctrica de

entrada.

 

 

Factor de servicio Indica, con respecto a SF = 1, hasta qué valor pueden

aumentarse la potencia y la corriente del motor cuando se admite

una vida útil reducida. Un motor con SF = 1,15 puede producir

15% mayor torque que un motor con SF = 1.

 

 

Factor de potencia Es la relación entre la potencia activa (kW) a la potencia aparente

(kVA).

 

 

Generadores Los generadores convierten la energía mecánica en energía

eléctrica.

 

Máquinas eléctricas Son máquinas donde se lleva a cabo la conversión

electromecánica de energía.

 

Motores Máquinas que convierten la energía eléctrica en energía mecánica

para accionar otras máquinas o dispositivos.

 

 

Motor de inducción Máquina eléctrica en la cual la corriente que circula en el

bobinado secundario es inducida, quiere decir que no hay

eléctrica física entre el bobinado primario y el

secundario.

 

 

Motor trifásico Motor eléctrico que recibe la energía eléctrica de una red trifásica

(L1-L2-L3).

 

 

Motor monofásico Motor eléctrico que recibe la energía eléctrica de una red

monofásica (L1-N).

 

 

Motor de rotor bobinado Motor de inducción en el que el devanado secundario es similar a  del estator y con el mismo número de polos; los                                                   terminales del bobinado del rotor se conectan a anillos rozantes aislados,montados sobre el eje, en los que se apoyan                                               escobillas de carbón.

 

 

Motor de jaula de ardilla Motor de inducción en el que el devanado del rotor está formado

por varillas conductoras alojadas en ranuras practicadas en el

hierro del propio rotor y cortocircuitadas en ambos extremos

mediante dos platos conductores dispuestos en cada extremo

del rotor.

 

 

Potencia Trabajo entregado en el eje de un motor por unidad de tiempo.

 

 

Rotor Parte móvil de la máquina, que gira en el campo magnético

creado por la corriente que circula por el estator induciéndose

corriente, como en un transformador.

 

 

 

SI Sistema Internacional de Unidades.

 

 

 

Torque Fuerza rotacional aplicada a un eje que causa su rotación.

 

 

 

Velocidad síncrona Velocidad del campo magnético rotatorio determinada por la

frecuencia aplicada al motor y el número de polos presente en

cada una de las fases del bobinado del estator.

 

 

Voltaje nominal Voltaje asignado al motor con el cual se le puede alimentar

desde la fuente de energía.

 

 

Velocidad nominal Velocidad a la que girará el rotor del motor bajo condiciones de

carga nominales. Su valor es inferior a la velocidad síncrona por

el efecto de deslizamiento.

 

TORQUE DEL MOTOR

Curva típica Torque (M) / Corriente (I) vs Velocidad (N) para un motor de inducción

Curva Torque/Corriente vs velocidad

 

Podemos definir torque como una fuerza rotacional aplicada a un eje que causa su rotación.

Desde el punto de vista técnico, el torque M de una fuerza en relacióna un eje es el producto de la fuerza multiplicada por la distancia del punto de aplicación de la fuerza con respecto al eje.

Cuantitativamente, el torque nominal entregado en un eje es:

Donde:

M Torque en newton-metro (Nm)

P Potencia de salida del motor en kW

n Velocidad en rpm

 

De la curva podemos distinguir los siguientes puntos:

 

ID Corriente de arranque.

IN Corriente nominal.

IO Corriente en vacío.

MD Torque de arranque.

MA Torque de aceleración.

MM Torque de desaceleración.

MN Torque nominal.

NN Velocidad nominal.

NS Velocidad síncrona.

Diversas curvas Torque  vs. Velocidad para motores de inducción Cortesía de SIEMENS AG

 

La velocidad síncrona de un motor de inducción es la velocidad delcampo magnético rotatorio. Es determinada por la frecuencia aplicadaal motor y el número de polos presente en cada uno de las fases del

bobinado del estator. Podemos escribir lo siguiente:

Donde:

Ns Velocidad síncrona en rpm

F Frecuencia de la red en hertz (Hz)

P Número de polos del motor (típicamente p = 2, 4, 6…)

Normalmente en un motor de inducción estándar la velocidad a plenacarga o velocidad nominal está entre 96% y 98% de la velocidad síncrona.

Durante la operación del motor, el rotor se mueve retrasándose respecto al campo del estator. La diferencia entre estas dos velocidades recibe el nombre de deslizamiento.

Podemos escribir entonces:

 

Donde:

NN Velocidad nominal en rpm

NS Velocidad síncrona en rpm

s Deslizamiento

Debe quedar claro que las curvas presentadas son válidas para loscasos en que alimentamos al motor con la frecuencia nominal deoperación. Una variación en la frecuencia producirá un desplazamiento paralelo de la curva.

 

MOTORES DE POLOS CONMUTABLES

Ya hemos visto cómo el número de polos determina la velocidad de giro del motor.

Se construyen motores a los que se puede modificar elnúmero de polos permitiendo distintas velocidades de giro.Los casos típicos se muestran en la tabla siguiente:

Motores de polos conmutables

 

Ampliaremos algunos detalles respecto a los dos primeros tipos de conexión:

 

Conexión Dahlander

En este tipo de conexión se debe tener presente que para ambas velocidades de giro se generan relaciones de potencia distintas.

Conexiones Dahlander típicas

La relación de potencia en la conexión  ∆ / ΥΥ es de 1/1,5 – 1,8 y es la que se ajusta más a los requisitos de torque constante.

La conexión  Υ/ ΥΥ es especialmente adecuada para máquinas concaracterística de torque cuadrático (bombas y ventiladores) y tiene una relación de potencia de 0,3/1.

 

Motores con bobinados independientes

Estos motores permiten, al menos en la teoría, cualquier combinación de velocidad de giro y cualquier relación de potencia. Ambos devanados se encuentran conectados en  Υ y completamente independientes entre sí.

Conexión de motor con bobinados independientes

 

 

 

 

 

 

 

 

Los componentes (características) principales en la arquitectura de todo DCS son:

 

  • La configuración del sistema
  • Comunicaciones
  • Control
  • Alarmas y Eventos
  • Diagnostico
  • Redundancia
  • Datos Históricos
  • Seguridad
  • Integración

 

 

Configuración del Sistema

Como en una computadora, debemos decirle a todo el equipamiento de un DCS que debe hacer. Programar las instrucciones del sistema de control generalmente es llamado Configuración. Hay muchos aspectos que involucran una configuración, la configuración física y de las estrategias de control. Estas dos actividades generalmente se realizan en paralelo y pensadas en conjunto con la ingeniería del proyecto DCS.

 

La configuración de la base de datos de control habilita a los usuarios para crear y modificar las estrategias de control y descargar estas estrategias en los controladores distribuidos, consolas (paneles) y dispositivos a través la red de control. Típicamente, las estrategias de control se construyen uniendo Functions Blocks o bloques simplemente, Gráficos funcionales de secuencias o Secuential Functional Charts (SFC), y representaciones de unidades de proceso y equipamiento, los cuales realizan funciones dentro del esquema de control leyendo en entradas y actualizando las salidas de otros bloques funcionales o en las mismos puntos I/O.

 

La configuración también permite diseñar, crear o modificar interfaces de operación, la cual son usadas por aplicaciones de visualización para mostrar datos de proceso a los operadores y habilitar a operadores cambiar puntos de seteo para el sistema de control del proceso. Cada controlador y, en algunos casos, dispositivos de campo guardan y ejecutan las aplicaciones de control. Los elementos que intervienen en la configuración básicamente se muestran en la siguiente figura.

 

Entorno de Configuración del DCS IA Series - InFusion de Invensys

 

 

Para aplicaciones de carácter mandatario y altamente criticas, un registro de cambios puede activar para hacer la configuración del sistema de control. Como un “seguimiento auditadle” se almacena todos los cambios y la hora y la fecha en que fueron hechos. En algunos casos también se permite deshacer cambios.

 

Configuración Física:

La configuración física refiere a la configuración de los nodos, tarjetas I/O y dispositivos. En muchos sistemas esta actividad es muy simplificada usando una opción de auto configuración “auto-sense”. La configuración física es parte de la configuración del sistema, como se muestra en la figura abajo.

 

 

Estrategias de Control o Lógica

Un sistema de control distribuido debe tener una nomenclatura definida para representar y referencias información. Idealmente, las referencias pueden ser hechas independientes de los dispositivos físicos que almacenan esta información. Una manera común de dividir la información de los sistemas de control es tomando en cuenta los números de  identificación o simplemente “tags” y los códigos de las áreas o unidades de la planta.

 

Acorde con el estándar S88 define el agrupamiento lógico de las mediciones, cálculos y control como módulos o paquetes. Por ejemplo, consideremos un modulo de un instrumento con tag 200FI102, esto quiere decir que representa a un indicador de flujo Nro 102 en el área 200 de la planta). Dentro de este modulo o estrategia los bloques de cálculo identificados como CALC1 se hacen usando entradas AI1 y AI2 y generando una salida como se muestra en la siguiente figura:

 

 

Siguiendo el tag de la estrategia o modulo y la nombres de los bloques funcionales, la salida del bloque de calculo es identificado como 200FI02/CALC1/OUT. En algunos casos llaman a esto la DIRECCION de la señal. Personalmente y según estándares de las mejores casas de ingenierías del mundo, cada bloque funcional tiene una nomenclatura corta y el código identificador del lazo o estrategia, para nuestro ejemplo CALC1 podría llamarse 200FI02CA.

 

Los sistemas de DCS soportan múltiples lenguajes para realizar estrategias de control. Los lenguajes incluyen diagramas de bloques funcionales, SFC (sequence funtion charts), Texto estructurado y también pueden incluir Diagramas Ladder y listas de instrucciones (como RPN). Algunos sistemas son compatibles con el estándar IEC 61131-3. En la mayoría de sistemas de control también se incluyen interlocks y permisivos. Algunos sistemas también soportan embeber funciones de control avanzado y de seguridad. Las estrategias de control pueden frecuentemente se mezcladas. Las estrategias también pueden referencias señales I/O tanto locales como remotas (de otros controladores).

 

Una importante característica de los sistemas DCS es su habilidad bajo ciertas condiciones realizar upgrades o actualizaciones en línea. En el caso de fallar, estos sistemas tienen la capacidad de mantener las salidas en su último valor, usar un valor por defecto, o cambiar el estado a uno conocido.

 

Una de las características que hace un sistema de control distribuido muy potente es su Librería de Funciones, la cual esta disponible y puede ser usada solo con referencialas. Esta disponibilidad simplifica muchas tareas de un ingeniero de control, si claro esta se esta familiarizado con determinado fabricante.

 

Lo que distingue a algunos fabricantes de DCS de la mayoría de fabricantes de PLCs (y también entre proveedores de DCS en si), es la cantidad o tamaño y calidad de los algoritmos de las librerías que viene embebidas y están disponibles con los paquetes básicos. Cuando estos paquetes vienen con algunas funciones de control avanzado, esto puede hacer toda la diferencia para determinar el poder de desición entre uno u otro.

 

Algunas de estas librerías importantes pueden ser para entradas analógicas, manejo de tiempo muerto, manejo de la banda muerta de control, filtros de setpoint, PID avanzados, caracterización de setpoint y variables de proceso para procesos no lineales, compensaciones dinámicas, control feedfordward, antireset windup (integral), self-tunning, algoritmos de optimización, estadísticas, fuzzy, redes neuronales, entre muchas otras.

 

La configuración de una estrategia de control usualmente hace uso de estas librerías con lógica pre-hecha. Esta lógica pre hecha y lista para cambiar parámetros puede ser enlazada (instanciarlas) a estrategias finales de control, para que el caso de que se realice algún cambio en la librería estos sean automáticamente propagados en cada ítem que provenga de esta.

 

Particularmente, cuando se define la ingeniería del proyecto se definen los “típicos” de las estrategias de control, de las cuales van a derivas las estregáis de control reales o finales. De manera tal de ahorrar espectacularmente el tiempo de desarrollo de la configuración y además del mantenimiento.

 

En los proximos articulos seguiremos hablando de los componentes faltantes como Alarmas y Eventos, Diagnostico, Redundancia, Datos Históricos, Seguridad, Integración.
 
 
Que te parecio el articulo?

 

 

DATOS DE PLACA DE UN MOTOR

La placa con los datos característicos nos da toda la información correspondiente almotor. La figura  muestra dos placas típicas de motores.

 

Utilizando los datos correspondientes a 60 Hz de la primera placa mostrada,indicaremos los parámetros siguientes:

 

PARÁMETROS ELÉCTRICOS

•  Tipo de motor          3  ∼ (Trifásico)

•  Potencia               0,14 kW

•  Voltaje nominal        440 V

•  Tipo de conexión       Estrella o Y

•  Corriente nominal      0,34 A

•  Frecuencia nominal     60 Hz

•  Factor de potencia     (cosφ)0,81

 

PARÁMETROS MECÁNICOS O CONSTRUCTIVOS

•  Velocidad nominal      3 310 / min

•  Factor de servicio     (SF) 1,15

•  Tipo de aislamiento   (Th.Cl.) F

•  Tamaño del marco     IEC56

•  Grado de protección   IP54

•  Tipo costructivo        IM B3ç

 

 

Placa característica de motor de inducción

 

Placa característica de motor de inducción

 

 

TEORÍA DE MOTORES


FÓRMULAS ELÉCTRICAS


Ley de Ohm

V = I x R                                (1)

V Voltaje o diferencia de potencial en voltios (V)

I Intensidad de corriente en amperios (A)

R Resistencia en ohmios ( Ω )

 

Potencia en circuitos trifásicos


 

P          Potencia activa en vatios (W)

VL         Voltaje de línea en voltios (V)

IL         Corriente de línea en amperios (A)

cosφ       Factor de potencia

 

Para los motores VL se refiere a la tensión en bornes del motor e IL a lacorriente consumida en un instante determinado.
Ejemplo1: Se realizan las lecturas de voltaje, corriente y factor depotencia para un motor en operación obteniéndose las siguientes lecturas:
Voltaje 440 V
Corriente 115 A
cosφ 0,84
Reemplazando en la fórmula (2) tenemos:
Ejemplo2: Veamos qué sucede si reemplazamos los datos de un motorque tiene los siguientes datos de placa:
Potencia   8,6 kW
Voltaje    460 V
Corriente  14,7 A
cosφ       0,83
… ¿qué pasó?   Según la placa, la potencia debería ser 8,6 kW

Ocurre que cuando empleamos los datos de placa o nominales de unmotor debemos incluir un factor mas llamado eficiencia . La eficiencia,por decirlo de una manera simple, es una medida de la capacidad que tiene el motor para convertir toda la energía eléctrica que lesuministran en energía mecánica. La conversión completa no es posibleya que existen pérdidas en el proceso.
La eficiencia depende de muchos factores como, por ejemplo, lacalidad de los materiales empleados en la fabricación del motor, eldiseño del motor, las condiciones ambientales, el tiempo de uso del motor, entre otros.
Para introducir la eficiencia debemos modificar ligeramente la fórmula (2) de la siguiente manera:
Donde:
η : Eficiencia
En la mayoría de los casos que se presentan para el dimensionamientoo selección de los sistemas de cont rol para los motores, los datos que disponemos son el voltaje de alimentación y la potencia del motor.
Con estos datos… ¿Cómo calculo  la corriente para dimensionarlos equipos de maniobra y protección?

Primero obtengamos la fórmula para la corriente despejando en la expresión (2a) y que la potencia está expresada en kW o HP, que son los casos mas usuales.
Los datos desconocidos son el fact or de potencia y la eficiencia.Típicamente podemos considerar los siguientes valores:
Factor de potencia: Valores típicos a considerar varían desde 0,8 hastaincluso 0,93 a plena carga. Un valor recomendable para cálculos es 0,85.
Eficiencia: aquí el valor a considerar dependerá principalmente del tipoy tamaño de motor. La tabla 1.4 mues tra la variación de la eficiencia para diversos tipos de motor del ti po jaula de ardilla de 4 polos (más
usados).
Eficiencias típicas para motor del tipo jaula de ardilla de 4 polos
De la tabla podemos ver que:
Ejemplo3: Calculemos la corriente de un motor de induccióntrifásico nuevo de 120 HP que trabajará a 220 V.
Reemplazando los valores en la fórmula (3a) asumiendo un factor depotencia de 0,85 y una eficiencia de 95% tenemos:
Con esta corriente ya podemos diseñar nuestros dispositivos de protección y accionamientos.
Ejemplo4: Nos encontramos en una mina a 4 000 msnm y nos han encargado la instalación de un motor de inducción trifásico para un ventilador con las siguientes datos de placa:
Voltaje:                     440 V
Potencia:                  500 kW
Factor de potencia:    0,88
Eficiencia:                 96,8%
Lamentablemente el dato de corriente en la placa es ilegible.
Aparentemente el problemase reduce a reemplazar losdatos en la fórmula (3); sinembargo, estamos olvidan-do un factor muy importante.
¿Tienen las personas elmismo desempeño físico anivel del mar que a 4 200 msnm?.La respuesta es obvia, no.De igual manera un motor anivel del mar se comportará de una manera diferente que en altura.
Será necesario introducir un factor de corrección a la potencia parapoder tener la verdadera corriente nominal en estas condiciones. La tabla muestra los diferentes factores a aplicar para diferentes alturas y para diferentes temperaturas del medio refrigerante.
Factores de correcció n para montaje de motores en
alturas superiores a los 1 000 msnm
La fórmula (3) modificada para nuestro caso será:
Donde K H es el factor de corrección por altura y que para nuestro caso es 0,77.
Reemplazando en la fórmula los datos tenemos:
Ahora sí, ésta es la corriente que consumirá el motor; sin embargo,como veremos más adelante. Los elementos de maniobra y protecciónse ven afectados por un factor para que puedan trabajar en la altura.
De la tabla  también podemos ver que la temperatura ambiente influye en el valor nominal de la potencia, ya que en la mayoría de los casos el refrigerante es el aire.
Podemos decir entonces que la fórmula completa es:
donde:
KT  es el factor de corrección por temperatura.
… mucho cuidado
En la tabla el factor que aparece ya es el producto de KH KT

 

 

MOTORES DE INDUCCIÓN

DEFINICIÓN

 

Motores trifásicos de inducción de alta tensión Cortesía de WEG S.A.

 

...Parece complicado!!!….  Estudiémoslo con calma

 

 

Primero, una máquina eléctrica es un dispositivo o equipo dónde se lleva acabo la conversión electromecánica de energía: los generadores convierten la energía mecánica en energía eléctrica, mientras que los  motores convierten la energía eléctrica que se les entrega en energía mecánica, para accionar otras máquinas o dispositivos.

Motores de inducción en la industria
La parte fija de un motor recibe el nombre de  estator,  que consiste en una seriede bobinas arrolladas y conectadas entre sí, dejando puntos de conexión hacia elexterior para la conexión de la energía eléctrica de entrada.
Por otro lado, la parte móvil de la máquina, el  rotor , gira en el campo magnéticocreado por la corriente que circula por el estator induciéndose corriente, como enun transformador.
La Fig.  muestra las dos partes princi pales de un motor, estator y rotor, asícomo sus accesorios.
Partes de un motor de inducción Cortesía SIEMENS AG
CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN
Nuestro estudio se orientará al control de los motores eléctricos de induccióntrifásicos de baja tensión, del tipo jaula de ardilla, ya que la mayoría de lasaplicaciones industriales  utilizan estos motores.
Motores trifásicos de  inducción de baja tensión Cortesía de Leroy Somer

 

 

 

En los DCS de hoy en día podemos encontrar diferentes topologías (arreglos de switches y sus conexiones), y de esta manera proveer mayor confiabilidad, seguridad y robustez en la red de control.

 

De manera general podemos encontrar las siguientes topologías:

- Lineal

- Anillo

- Estrella

- Árbol Invertido

- Árbol Invertido Modificado

 

Cada una tiene sus propias características y ventajas, y se serán elegidas por los requerimientos o necesidades de las instalaciones o planta, axial mismo el costo de implementación.

 

Topología Lineal:

La configuración lineal es ideal para redes pequeñas (dos switches) como podemos ver en la figura siguiente. En este ejemplo si un componente en la red falla, esto no afectará la operación debido a que se tiene un switch redundante.

En esta configuración, también se pueden usar también switches con chasis de cientos de puertos para un sistema de control amplio.

 

Topología Anillo

Esta topología es recomendada para switches entre tres y siete switches (esto depende del fabricante del DCS y las especificaciones de los switches). Como podemos ver en la siguiente figura, cada switch tiene dos conexiones adyacentes a switches. En el caso de que falle un switch, el anillo se rompe y la red asume características de una topología lineal.

 

En la imagen siguiente, podemos ver una red de control compuesta por seis switches administrables en configuración anillo.

 

Topología Estrella

 

La configuración estrella es la topología adecuada para redes medianas y grandes, además de ser la mas usada. En una configuración estrella, cada switch EDGE que esta en la periferia de la red (es decir se conecta a un dispositivo Terminal) tiene conexiones a cada uno de los dos switches ROOT o principales. Los switches ROOT son conectados uno del otro y a cada switch EDGE.

 

Las rutas redundantes de información permiten a la red continuar operando si algún componente o cable de la red falla.

 

La figura abajo muestra una red estrella con diez switches periféricos o EDGE y dos switches principales o EDGE. Dependiendo de las especificaciones del fabricante del DCS y de los switches el número de switches EDGE es limitado (promedio de 190 switches EDGE).

 

Topología Árbol Invertido & Árbol Invertido Modificado

 

La configuración árbol invertido es adecuada para redes muy grandes con restricciones físicas específicas. En esta configuración los switches con dispuestos en “gradas” o “niveles” o “tiers”, con los switches principales o ROOT en el nivel más alto y hasta 3 niveles debajo de ellos (depende de las especificaciones del fabricante). Los switches principales tienes conexiones redundantes entre ellos, y los otros switches tienen cada uno una conexión a dos de los switches de un nivel superior, tal como se puede observar en la siguiente figura:

 

Esta configuración, dependiendo del fabricante, puede tener una limitación de hasta 250 switches.

 

La configuración árbol invertido modificado es adecuado para redes de control seguras demasiado grandes con limitaciones físicas especificas, permitiendo además incluir switches Standard (EDGE), aun que esto depende de las especificaciones técnicas del fabricante y los switches.

 

Por ultimo y en general, se recomienda leer las especificaciones del fabricante para saber a exactitud que configuración o topologia es soportada, y cuantos switches son permitidos para cada configuración. Esto dependerá del tipo de switches a usar, el fabricante del mismo, y mas importante aun de las pruebas técnicas del fabricante y la validación de las mismas.
Tienes algo que comentar?? o discutir?? vamos ahora es el momento.

 

UNIDADES BÁSICAS Y DERIVADAS (SI)

 

En el sistema SI han sido definidas siete unidades básicas, las cuales aparecen en la tabla a continuación.

 

Unidades básicas del SI

 

Todas las otras unidades se derivan de éstas y pueden o no tener un nombre especial.

La mayoría de las unidades y cantidades utilizadas en ingeniería eléctrica, salvo lacorriente eléctrica (A) que es una unidad  básica, pertenecen a esta categoría de unidades derivadas SI.

 

 

Algunas unidades derivadas usadas en ingeniería eléctrica

 

PREFIJOS DECIMALES (SI)

 

A todas las unidades SI se les puede agregar un prefijo que multiplica la cantidadindicada por una potencia de 10.

 

Prefijos SI más utilizados

 

¿...y cómo utilizo el SI para el control de motores?

 

Hay dos aspectos importantes para los cuales el sistema SI nos sirve dereferencia o ayuda:

 

1.   Nos permite utilizar un lenguaje uniforme cuando nos referimos a laspropiedades eléctricas de los motores o de los circuitos de mando de éstos.Es así que podemos consultar manuales  de diferentes fabricantes, sin necesidad de aprender una nomenclatura o lenguaje en particular.Aquí aparece un tema asociado que es la conversión de unidades de otros sistemas al sistema SI.El caso típico en control de motores es la conversión de unidades de potencia, cuya unidad SI es el vatio (W); sin embargo, una unidad muyutilizada y arraigada en nuestro medio es el HP (caballo de fuerza, del inglé shorse power).Para resolver nuestro problema tenemos que recurrir a la conversión, queconsiste en multiplicar la magnitud del otro sistema por un factor para obtener la unidad SI correspondiente:

 

 

…todavía no hemos terminado… aún hay más!!!

¿Es común expresar la potencia de los motores en vatios?

Aquí es dónde aparece la otra ventaja del sistema SI


2.   Simplifica la forma de presentar los datos representativos de un equipoeléctrico o su sistema de control, de modo que puedan ser expresados demanera reducida y más fácil de entender.


Ejemplo: Los temporizadores utilizados en los arranques a tensiónreducida de los motores de inducción manejan un parámetro llamado pausa deconmutación que usualmente es de 0,050 s.
¿No sería más práctico y fácil de recordar 50 ms en lugar de 0,050 s?
Ahora sí… Ya hemos comprobado lo útil que es utilizar el sistema SI

 

 

Antes de seleccionar o diseñar un sistema de control de motores, es importante conocer los principios en los que se basa su funcionamiento. Bajo esta premisa, en esta primera parte del curso, expondremos de manera clara y  sencilla los conceptos y herramientas básicas para describir el funcionamiento de un motor eléctrico de inducción.

 

Asimismo, consideramos importante la necesidad de expresarnos correctamente cuando estamos involucrados en tareas técnicas  y de ingeniería; por esta razón hemos considerado importante mencionar al Sistema Internacional de Unidades (SI) y de la ayuda que nos da para brindar información técnica adecuada y entendible por todas las personas.

 

SISTEMA DE UNIDADES

 

La observación de un fenómeno, como la evaluación del arranque de un motor de un molino de bolas en una mina, es incompleta, a menos que incluyamos información cuantitativa o cantidades.

 

Esta información se obtiene midiendo alguna propiedad física, química o mecánica; para nuestro ejemplo del molino, la duración del arranque (tiempo) y la corriente consumida durante el arranque serán variables bastante representativas.

 

Al parecer todo es muy sencillo… veamos la siguiente situación

Supongamos una habitación cuyo suelo está cubierto de baldosas, tal como se ve en la figura.

 

…tomando una baldosa como unidad, y contando el número de baldosas medimos la superficie de la habitación, 36 baldosas.

 

En la figura inferior, la medida de la misma superficie da una cantidad diferente de 9 baldosas.

 

Vemos como la medida de una misma unidad física (superficie o área) nos da dos cantidades distintas debido a que han usado dos unidades diferentes.

 

Este simple ejemplo, nos muestra la necesidad de establecer una única medida para una magnitud dada, de modo que todos universalmente la podamos comprender. Felizmente para nosotros, existe el Sistema Internacional de Unidades (SI) de medida, obligatorio en Perú y vigente en la mayoría de países del mundo.

 

En el proximo articulo veremos las Unidades del Sistema Internacional.

 

 

Una red de alta velocidad o red de control en un DCS, consta de todos los medios necesarios para propagar la información desde/a los procesadores hasta/desde cada una las estaciones y servidores involucrados. Estos medios pueden ser switches administrables, cables ethernet de cobre, cable de fibra óptica tanto multimodo como monomodo, media converters, conectores, fuentes redundantes, divisores de señales (splitters), tarjetas de red de cobre o de fibra óptica, etc. Las redes de control de hoy en día están basadas en el estándares Ethernet IEEE 802.3u (Fast Ethernet) y IEEE 802.3z (gigabit Ethernet)

 

En algunos DCS, la red de control se divide en dos: una red para la comunicación exclusiva entre módulos I/O y procesadores de control a través de medios como fibra óptica, y otra para la comunicación entre procesadores de control y estaciones de operación/servidores. Esto depende de las necesidades del usuario final.

 

A continuación vemos una red de control simple con dos estaciones de operación, dos procesadores de diferente tipo y módulos de entrada/salida (a través de módulos de comunicación) todo esto conectado a la red de control mediante enlaces redundantes ya sea de fibra óptica o cobre. Podemos apreciar que aun cuando un enlace de algún equipo periférico (Workstation, procesador, módulos de comunicación, etc.) se interrumpiera el otro enlace sigue activo permitiendo que el sistema siga operando con normalidad. Cada equipo se conecta a la red de control de forma redundante y cada uno de estos enlaces a diferentes switches.

 

"Mesh Control Network" del DCS Foxboro IA Series - Basica

 

A nivel de la red de control (mira los cuatro switches) la idea aquí es que entre dos equipos periféricos (por ejemplo un procesador y una estación de operación) exista la mayor cantidad de caminos o rutas posibles de manera que si por ejemplo un switch activo (es decir que esta permitiendo la comunicación) entra en falla, automáticamente uno de los caminos o rutas secundarias entre en operación y permita mantener la comunicación. Si este segundo camino o ruta se interrumpiera también (por falla de cables o equipos) un tercer camino se deberá activar, y así sucesivamente tantos caminos o rutas sea posible tener. Dependiendo de la topología que implementemos podremos tener mas caminos entre equipos periféricos, aunque evidentemente esto se tornará mas costoso.

 

Red de Control Simple - DCS DeltaV

 

La administración de estos caminos o rutas, se realizan mediante algún protocolo dentro de los switches que generalmente es el Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP), y además previene loops y provee alta velocidad en la respuesta de red entre fallas de caminos.

 

En general la red de control de DCS está provista para amplia escalabilidad, es decir alta flexibilidad para crecer ante las necesidades del usuario final. En cuanto a los switches diversos fabricantes de DCS tienen convenios con las principales marcas de switches del mercado como CISCO, Enterasys, entre otras.

 

En el siguiente artículo hablaremos sobre las diversas topologías más comunes usadas hoy en día en los sistemas de control distribuidos, tales como:

 

  • Lineal
  • Anillo
  • Estrella
  • Árbol Invertido
  • Árbol Invertido Modificado

 

 

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