Hoy vamos a ver cómo trabajar con cargas que se controles mediante contactores estáticos.
Esta forma de trabajar es típica cuando tienes muchas resistencias eléctricas que manejen un horno eléctrico, por ejemplo.
Un relé estático básico (o contactor estático) solo puede manejar la potencia de las resistencias mediante el encendido/apagado de la resistencia ya que no controlas la intensidad o voltaje. Es un todo o nada.
Cuando hay pocas resistencias, se pueden aplicar otros tipos de controles, pero cuando hablamos de muchos lazos de control, por temas puramente económicos, los contactores son una buena alternativa.
Contenido
Equilibrado de las cargas
Equilibrado eléctrico
Lo primero que hay que hacer, siempre siempre, es equilibrar las cargas de forma eléctrica. Es decir, si tememos 3 resistencias de 1Kw, lo suyo es que cada resistencia dependa de una de las fases, suponiendo que la carga esté conectada entre fase y neutro.
De esa manera, estaremos equilibrando todo lo posible la potencia instalada de tal forma que no sobrecarguemos excesivamente una fase respecto a las otras.
Eso es lo normal, y no tiene una complicación especial más alla de tenerlo en cuenta a la hora de realizar los esquemas eléctricos y su posterior conexionado.
Así, cuando las resistencias están equilibradas y las resistencias se encienden o se apagan de forma continua durante mucho tiempo, no hace falta mucho más.
El problema radica cuando quieres que la potencia eléctrica varie de forma analógica, es decir, que puedas definir cuanta potencia quieres aplicar respecto de la potencia instalada.
Así, si tienes por ejemplo 3 resistencias de 1Kw, puedes equilibrarlas respecto a la potencia instalada, pero ¿qué pasa cuando quieres aplicar el 50% de esa potencia instalada?
Equilibro con un PLC de Siemens
Como estamos usando relés estáticos, y una resistencia por cada fase, si queremos aplicar el 50% lo que se hace es que la mitad del tiempo esté la resistencia encendida, y la mitad del tiempo apagada.
¿Y ya está?
Podría parecer que sí, pero no.
Piénsalo bien. Imaginemos que el ciclo de encendido/apagado sea de 1 segundo. Entonces, si queremos aplicar el 50% lo haremos encendiendo medio segundo las resistencias y apagándolas otro medio segundo.
Eso es así, y funcionar, funciona.
Realmente si la potencia instalada es pequeña respecto al consumo total, no notarás la diferencia si no haces nada más.
El problema comienza cuando tienes muchos lazos de control individuales para aplicar diferentes potencias en cada zona de un horno.
Para simplificar y se entiendan los conceptos, digamos que tienes una matriz de 30×30 resistencias de 1Kw, y quieres que cada resistencia aplique el 50% de su potencia.
Es decir, de los 900KW de potencia instalada, quieres poner el horno a 450KW pero con la condición de que la potencia sea uniforme. Es decir, no vale con apagar la mitad de las resistencias y tener el resto encendidas de continuo, sino tener todas encendidas, pero aplicando el 50% de su carga.
La cosa sería igual ¿no? Medio segundo encendida, medio segundo apagada para cada una de las
Sí, pero los picos que estarás metiendo en la subestación serán enormes ya que todas las resistencias entran a la vez y salen a la vez, es decir, metes 900Kw durante medio segundo, y pones a 0 todo durante medio segundo.
Eso, como entenderás, muy bueno no es para toda la instalación eléctrica aguas arriba donde el interruptor general está sufriendo esos picos de consumo.
Si nos centramos solamente en una fase (el resto serían similares), tendríamos algo como esto:
Como se ve, metiendo y sacando todas las resistencias a la vez, tienes picos del 100% durante la mitad del tiempo.
Para hacer algo mas homogéneo, lo que podrías hacer es coger las 300 resistencias conectadas en la fase R y decalarlas 300ms entre ellas, es decir, que cada una de las resistencias entren y salgan medio segundo, pero el anclaje temporal no sea el mismo.
Es decir, haya 100 resistencias que arranquen a los 0ms de cada ciclo de 1s, otras 100 arranquen a los 330ms, y las 100 últimas arranquen a los 660ms de tal forma que quede algo como esto:
Pero es que esto, lo puedes aún suavizar más.
Si en vez de 3 divisiones, tienes 5 con 60 resistencias, la cosa aún se suaviza mucho más:
¿Ves como se suaviza la cosa?
Así, las resistencias están decaladas entre sí 200ms, y pasas de tener sobre impulsos del 100% de la potencia, a tener una potencia constante del 40% y tener sobre impulsos del 20%.
En principio, cuantas más divisiones hagas, más suave podrás realizar, pero tendrás que valorar un poco el número de índices a usar, ya que esto lleva un coste a la hora de ejecutar el programa.
La forma de ejecutar esto de forma escalonada es crear un OB cíclico que se ejecute cada 10ms y que en ese OB, tengas las variables índice que vayan de 1 a100, pero eso sí, cada uno va contando de 1 en 1 pero decalados entre sí.
Luego, en función de la potencia que se quiera, y el índice, encenderás o apagarás cada resistencia.
El vídeo de la semana
Te cuento de palabra, toda la parrafada que te he metido hasta ahora.
¿Qué te ha parecido?
Ahora, te toca pensar cómo continuarías y me lo cuentes en los comentario.
La semana que viene te cuento una forma que creo que es bastante elegante.
Y sí, la pista es que está programado en SCL como vemos en el bloque 4 del curso de TIA Portal
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11 Comentarios
Muy bueno la enseñanza gracias quisiera aprender de sobretensiones y protecciones
Los contactos de los contactores de potencia sufren en cada maniobra un desgaste. No estamos hablando de relés, la vida de los contactos sería corta con tanta maniobra, aunque la idea es buena, bajar el coeficiente de simultaneidad…
Te estoy hablando de contactores, o relés estáticos, no mecánicos. No es que sea una idea, se hace así industrialmente. De hecho, con más de un millar de relés en un único horno, para que te hagas una idea.
Una manera un poco loca de hacerlo podría ser mediante transformadores y tiristores de potencia, mucho más controlables, un ejemplo son las baterias de transformadores para corregir el factor de potencia de sistemas como el que indicas, o soldaduras, hay bastantes maneras de hacerlo y si hay un analizador de redes que ayude mejor que mejor
Hay muchas formas de hacerlo, eso es verdad.
Pero esas soluciones no son económicamente viables cuando hablamos de cientos de lazos de control, cada uno con su % de potencia aplicada. Hablamos de alrededor del millar de lazos de control.
Aquí solo necesitas un relé estático y una salida digital del plc por resistencia.
Muy buena idea otra forma de controlar cargas resistivas. Es importante el equilibrio para no sobrecargar el neutro.
Una pregunta, con un control pid logro lo mismo?
Hola Guillermo. Lo del PID tendría que ir en la potencia a aplicar. Me explico. Es un encendido/apagado de salidas digitales que son 0/1 por lo que ahí da igual de dónde haya salido el 50% o el 60%. Ese 50% o 60% será lo que lo haga un PID o el control que elijas. Esta distribución de potencia está más abajo dentro del control, es cómo se manejas las salidas digitales independientemente de cómo hayas llegado a que sea un 50, 60 o 40%.
Una pregunta…que tiempo le asignas al OB31 para la conexion de las resistencias??? Inmediatamente después de que termine el ciclo del OB30???
Muy buena la pagina!!! Felicidades!!!
Están todos a 10ms de tal forma que 10msx100 = 1s. Pero eso ya es a decidir por ti cual es el periodo.
Hola inge una pregunta este control de horno no se podria hacer por medio de una instruccion pid, me parece que hay una para plc? saludos
No tiene nada que ver. Una cosa es activar el encendido y apagado de las cargas y otra cosa es de dónde sacas el % de encendido que quieres aplicar, que eso si puede venir de los PID o fijo, o como lo hayas decidido hacer.