Tutorial: arranque secuencial de motores

E

s un método típico de la industria que en un proceso donde coexisten varios motores a lo largo de las distintas etapas de lo componen, estos sean encendidos a distintos tiempos para garantizar esa "armonía" propia de un sistema automatizado donde todo funciona de forma sistemática y en el orden correspondiente con el fin de lograr transformar la materia prima en un producto completo.

Por lo anterior y además considerando lo didáctico que resulta este tipo de explicaciones, este artículo trata sobre cómo realizar un arranque secuencial de motores pero, en lugar de solo presentar el diagrama ladder (como hemos hecho con otros ejemplos y simulaciones anteriormente), indicaré el equipo necesario para realizar la puesta en marcha y considerando que tenemos la libertad de simular un gran número de componentes, utilizaremos el controlador LOGO de Siemens, con el fin de dar variedad a las marcas habituales que manejamos en este sitio.

Fig. 1: Motores trifásicos.

Comencemos entendiendo qué vamos a resolver y proponiendo una serie de posibles soluciones.

Descripción 

El proceso a solucionar requiere el encendido secuenciado de 3 motores trifásicos, los cuales se activan uno a la vez y se apagan para permitir el accionamiento del siguiente, este proceso debe ser cíclico. Para iniciar el funcionamiento del sistema se cuenta con un botón de arranque etiquetado como "Start" y un botón de paro etiquetado "Stop".

Al tratarse de equipos eléctricos con valores de corriente nominal considerables, es necesario incluir elementos de protección pues se utilizará un arranque directo. En este caso nos valemos de un disyuntor manual y de un disyuntor térmico para proteger a los motores de sobrecorrientes.

Por otra parte, utilizamos un controlador LOGO de la marca Siemens que requiere de una alimentación de 24 [VDC], por lo tanto, también es necesario utilizar una fuente de alimentación que entregue dicho voltaje.

Diagrama de potencia

Como mencionamos anteriormente, este circuito es implementado con arranques directos pues, aunque la corriente nominal de los motores es considerablemente alta, no es tan elevada como para necesitar otro tipo configuración. 

Fig. 2: Circuito de potencia. 

(Si quieres descargar los planos en alta definición, haz click en este enlace a Google drive)

Podemos observar que los tres circuitos son idénticos, comienzan con un disyuntor manual para habilitar el paso de la corriente de alimentación, después nos encontramos con la bobina del contactor que es el elemento a controlar y que permitirá la activación y desactivación secuencial, seguimos con un disyuntor térmico como protección a sobrecorrientes, el cual se abrirá y limitara el paso de la alimentación si es que se presenta una corriente mayor a la que puede soportar los motores, los cuales son los elementos finales donde se verá reflejado el automatismo a programar.

Diagramas de control

Respecto a los equipos de control necesarios, solo utilizamos los mencionados anteriormente que son un controlador LOGO con alimentación a 24 [VDC], de forma concreta, el controlador tiene el número de catálogo 6ED1 052-1CC00-0BA3 pues, al revisar sus especificaciones, encontramos que cuenta con 6 entradas digitales, 2 entradas analógicas y 4 salidas a relevador de 10 [A]. Si bien es un controlador muy limitado, es más que suficiente para el sistema que estamos resolviendo.

Fig. 3: Controlador LOGO.

Además del controlador, utilizaremos una fuente de alimentación que entrega los 24 [VDC] requeridos. Esta tiene el número de catálogo 6EP1 331-1SH01 y se encuentra con la denominación "LOGO Power". 

Respecto a las conexiones, podemos observar en los siguientes diagramas que son muy simples. Basta con alimentar con una fase y el neutro del sistema a la fuente de poder y conectar su salida en el controlador. Ahora, considerando la descripción de nuestro problema, son necesarias dos entradas de tipo digital que corresponden a un par de push buttons, el primero siendo uno normalmente abierto (Start) y el segundo uno normalmente cerrado (Stop). Por otra parte, utilizaremos 3 salidas del controlador donde en cada una estará la bobina del contactor que permite la acticvación de cada motor y, además, una luz piloto para indicar al operador en qué etapa del proceso se encuentra, éstas son: verde, amarilla y roja; sin ninguna importancia además de poder diferenciarlas con una ligera exploración visual.

Fig. 4: Planos de control.

Programación

Esta es, probablemente, la parte más sencilla de este tutorial pues la estructura del programa se realiza mediante activación directas que ya hemos revisado anteriormente, sin embargo y como es costumbre, comencemos con la tabla de ordenamiento de variables.

Entradas		Salidas		Variables internas		Timers
Start	I:1	Motor1	Q1	Enclavamiento	M1	Timer1	T001
Stop	I:2	Motor2	Q2	Reset ciclo	M2	Timer2	T002
		Motor3	Q3			Timer3	T003

Una vez teniendo identificadas las variables a utilizar, podemos comenzar el programa, para esto utilizaremos el software Logosoft pues esto nos permite hacer las simulaciones necesarias antes de cargar el programa al controlador. Iniciamos con un enclavamiento prioritario al reset, esto permitirá que el programa trabaje de forma continua.

En el segundo peldaño, encontramos la primer salida la cual se activará al momento de arrancar el sistema y permanecerá en ese estado mientras no se active la condición de reset (que se mostrará más adelante) o mientras los otros motores no estén activados, en paralelo podemos observar el primer timer, el cual contará 2 segundos (en este caso).

Fig. 5: Primeros peldaños del programa.

Cuando termina el conteo del primer timer, se activa el segundo motor que permanecerá activado mientras no se active el tercero y, de forma análoga al peldaño anterior, un segundo timer es activado para realizar la transición a la siguiente etapa la cual es muy similar a las anteriores.

Fig. 6: Etapas de activación de los motores 2 y 3.

Finalmente, el tercer timer nos permite reiniciar el sistema una vez que termina su conteo interno.

Fig. 7: Reset del sistema.

Esto concluye el tutorial y en el siguiente vídeo puedes apreciar el simulador de logosoft ejecutando el programa que recién desarrollamos:

Conclusiones

Como podemos observar, esta puesta en marcha resulta demasiado sencilla pues los tres circuitos de potencia son idénticos y al lograr la correcta activación de uno de los motores, hacerlo para los demás es muy similar (salvo las correspondientes consideraciones en la lógica de programación). 

Respecto al controlador utilizado, se eligió con fines puramente didácticos pues si bien es posible utilizar cualquier PLC con mayor alcance, éste resulta ser una opción de bajo costo que podría ser implementado incluso en un hogar. Sé que hay formas más eficientes de realizar el programa como es la utilización de un reloj maestro y, mediante comparadores lógicos, resultaría en un programa más estético y con menos probabilidades de falla, sin embargo, la plataforma Logosoft está limitada al no tener todas las instrucciones que otras plataformas como TIA Portal o Studio 5000 sí tienen.

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Y como siempre, gracias por leer.

-AHN