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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN CIENCIA

APLICADA Y TECNOLOGÍA AVANZADA

“DISEÑO Y DESARROLLO DE UNA FUENTE

CONMUTADA PARA UN SISTEMA DE PLASMA

SPRAY”.

T E S I S

Que para obtener el grado de:

MAESTRO EN TECNOLOGIA AVANZADA

P r e s e n t a:

Ing. Israel Yoshinori Chiu Arreola

Director de tesis:

Dr. Luis Vidal Ponce Cabrera

ALTAMIRA, TAMPS.

DISEÑO Y DESARROLLO DE UNA FUENTE CONMUTADA PARA UNA SISTEMA DE PLASMA SPRAY

ING. ISRAEL YOSHINORI CHIU ARREOLA IPN-CICATA ALTAMIRA II

DEDICATORIA

A mis padres José Israel Chiu Carrillo y Patricia Margarita Arreola Pasquel por estar a mi

lado en todo momento, por brindarme su ejemplo, consejos, motivación, comprensión y sobre

todo el amor incondicional que me dan. Este es otro paso en mi vida que se los dedico a

ustedes, ya que sin ustedes no sería la persona que soy hoy.

A Jessica Ruiz Rodríguez por estar dispuesta en todo momento a apoyarme en las decisiones

que tomo, a darme palabras de aliento cuando así fue necesario, a estar a mi lado pese a

cualquier obstáculo que se nos presenta, y sobre todo por el amor y la paciencia que siempre

tiene para conmigo.

Al Ing. Juan Manuel Valle Castro por todo su tiempo, paciencia y entrega que dio a este

proyecto, porque sin él no hubiera sido posible que este proyecto fuera realizado, pero sobre

todo por brindarme su amistad, por ser más allá que un excelente maestro para mí y estar ahí

siempre que lo necesite.


ING. ISRAEL YOSHINORI CHIU ARREOLA IPN-CICATA ALTAMIRA III

AGRADECIMIENTOS

A Dios, por permitirme concluir otra etapa en mi vida, siempre guiando mis pasos y estando

a mi lado en todo momento, por darme la fuerza y voluntad de salir adelante, por las

bendiciones que siempre en toda mi vida me ha dado.

A mi familia, por el amor y apoyo incondicional en todo proyecto en el que me involucro, a

mi padre José Israel Chiu Carrillo, por ayudarme en toda la elaboración de la unificación del

sistema de alimentación, por ser un excelente padre, a mi madre Patricia M. Arreola Pasquel,

por haberme apoyado siempre, darme sus consejos, escucharme y ser una excelente madre,

a ellos dos gracias por ser un ejemplo para mí. A Jessica Ruiz Rodríguez, por siempre estar

a un lado de mí, por tenerme la paciencia y brindarme su apoyo y consejos. A mi hermana

Yashira Chiu Arreola y mi familia por el apoyo y motivación que siempre me dieron para

seguir adelante.

A las instituciones, al Instituto Politécnico Nacional (IPN), al Centro de Investigación en

Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada, Unidad Altamira (CICATA UA), al Consejo

Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT) por la beca otorgada durante todo el

transcurso de este posgrado, al Programa Institucional de Formación de Investigadores

(BEIFI) proyecto SIP 20140631, por las becas otorgadas durante el curso de este posgrado.

Al Instituto Tecnológico de Cd. Madero (ITCM) al Dr. Gastón Hernández Martínez y al M.I

Alberto De León De León por su apoyo, consejos y amistad.

En especial al Ing. Juan Manuel Valle Castro, por haberme brindado su apoyo, no solo en

préstamo de su tiempo, sino también su apoyo económico para la realización de la fuente.

Por brindarme su amistad, consejos, enseñarme lo que hacía falta y sobre todo la paciencia

que me tuvo, al no ser yo un electrónico, las miles de veces que me tuvo que explicar el

funcionamiento de algún circuito. Sin el simplemente no hubiera sido posible este trabajo.

A mi asesor y profesores, al Dr. Luis Vidal Ponce Cabrera, por haberme asesorado a lo largo

de este posgrado, así como trasmitido sus valiosos conocimientos, apoyarme en todo lo que


ING. ISRAEL YOSHINORI CHIU ARREOLA IPN-CICATA ALTAMIRA IV

hizo falta y en especial por creer en mí y darme la confianza que sin conocerme me dio para

poder realizar este proyecto. A la Dra. Teresa Flores Reyes, por su colaboración en este

proyecto de investigación aportando sus conocimientos, consejos, y el apoyo no solo

académico sino moral que brinda ella para con sus alumnos. Al Dr. Felipe Caballero Briones,

por el apoyo, consejos y comentarios siempre atinados acerca del tema, que sin ser asesor

siempre brindo el apoyo e interés como si lo fuera. Al Dr. Fabio Chalé Lara, por darme sus

consejos y apoyo durante todo el posgrado, ya que siendo Subdirector, siempre me brindo el

tiempo que necesite para escucharme y darme sus críticas siempre constructivas. Al Dr. Julio

Laria Menchaca y el Dr. Arturo López Marure, por aceptar ser parte de mis sinodales y

brindarme siempre críticas constructivas para la mejora de esta tesis. Un agradecimiento

especial al Dr. Eduardo De Posada Piñan, por abrirme las puertas en este centro de

investigación, dar de su tiempo y compartir conmigo uno de sus proyectos.

A mis compañeros y amigos, Lesther Moreira, Zeferino Pérez, Yonic Peñaloza, Geraldine

Vázquez, Jaime Guevara, Jonny Animas, Jesús Guzmán, Roberto González, Armando Barón,

Guillermo Esquivel, quienes me apoyaron en todo momento durante mi estancia en el

CICATA UA, y me brindaron su valiosa amistad, consejos y motivación.

Al personal administrativo y de apoyo del centro, a M. en Ed. Adela Eugenia Rodríguez

Salazar, a la C. Teresa Balderas, a la Lic. Claudia Barbosa, a la C. Leticia Chávez, al Lic.

Rodolfo, y a todo el personal de mantenimiento y seguridad del centro, gracias por todo su

apoyo.


ING. ISRAEL YOSHINORI CHIU ARREOLA IPN-CICATA ALTAMIRA V

RESUMEN

Uno de los métodos de pulverización térmica más eficientes que existen es el Plasma Spray.

Este sobresale por su versatilidad debido a que puede depositar toda la gama de materiales

considerados pulverizables, obteniendo una alta calidad en el recubrimiento. Sin embargo, el

alto costo como su nivel de especialización, hacen que la industria en México no invierta en

este tipo de técnicas, aun con las bondades que estos sistemas ofrecen. Este tipo de sistemas

requieren una fuente de energía que les brinde alto voltaje y alta corriente.

Existen dos tipos de fuentes, las lineales y las conmutadas, las fuentes lineales brindan un

diseño relativamente simple, pero entre más corriente deba suministrar, más compleja será

dicha fuente y tiene una regulación de tensión poco eficiente, en cambio, las fuentes

conmutadas nos ofrecen menor tamaño, en comparación a una lineal de la misma potencia,

son más eficientes, aunque son más complejas. Por esto, en este trabajo se desarrolló una

fuente de corriente continua pulsada que nos permita construir un sistema de este tipo, sin

que el costo sea un factor determinante para el desarrollo del sistema.

Se utilizaran topologías de control de media onda, las cuales nos permitirán modular el ancho

de pulso al nuestra señal y así poder controlar la potencia y voltaje que se desea en la salida.

El costo/beneficio de utilizar esta topología es alto, debido a que los componentes de potencia

tienen costos muy elevados, y con esta topología reducimos el número de componentes que

se utilizan para obtener los valores requeridos.

Como resultados se construyeron dos circuitos de control, uno de alta frecuencia (25kHz),

para la etapa de alto voltaje (hasta 2.5kV) que se encargará de ionizar el gas del sistema para

que se pueda formar un plasma, y una de baja frecuencia para la parte de alta corriente (hasta

225 A, según requiera el sistema se puede aumentar), que forma el plasma. Estos circuitos

son controlados por un PWM (Modulación de ancho de pulso), la cual nos permite con

facilidad variar, ya sea el voltaje o la corriente de salida.


ING. ISRAEL YOSHINORI CHIU ARREOLA IPN-CICATA ALTAMIRA VI

Dicha fuente se controla de manera manual o automática, con la ayuda de un Controlador

Lógico Programable (PLC), el cual nos evita problemas con ruido electrónico y nos permite

tener un control independiente entre las tarjetas electrónicas y el controlador. La fuente se

manejará mediante un HMI (Human-Machine Interface), que permite una mejor

interpretación y entendimiento claro del sistema desde una PC. El desarrollo de esta fuente

nos permitirá, construir un sistema de plasma spray con el cual podremos hacer

recubrimientos que nos permitirá combatir distintos tipos de problemas en esta área.


ING. ISRAEL YOSHINORI CHIU ARREOLA IPN-CICATA ALTAMIRA VII

ABSTRACT

One of the most efficient methods of thermal spraying there is the Plasma Spray. This stands

out for its versatility because it can deposit the full range of sprayable materials considered,

obtaining a high quality coating. However, the high cost and level of specialization in the

industry do not invest in Mexico in this type of techniques, even with the benefits that this

systems offer. Such systems require an energy source to provide them with high voltage and

high current.

There are two types of sources, linear and switched, linear sources provide a relatively simple

design, but the more power is required to provide, more complex the source becomes and has

a regulating inefficient voltage, however, switching power supplies offer us smaller,

compared to a linear of the same power, switched are more efficient, but are more

complicated. Therefore, in this work we developed a pulsed current source that allows us to

build a system like this, without the cost to be a determining factor in system development.

Topology control medium wave is used, which will allow us to modulate the pulse width to

our sign so we can control the power and the desired output voltage. The cost / benefit of

using this topology is high, because the power components have very high costs, and this

topology reduce the number of components used to obtain the required values.

Results in two control circuits, one of high frequency (25kHz), for the stage is built high

voltage (up to 2.5kV) responsible for ionizing the gas in the system so that it can form a

plasma, and low frequency for high current side (225 A, as required by the system can be

increased), which forms the plasma. These circuits are controlled by a PWM (Pulse Width

Modulation), which allows us to easily change either the voltage or current output.

This source is controlled manually or automatically with the help of a Programmable Logic

Controller (PLC), which prevents us problems with electronic noise and allows us to have


ING. ISRAEL YOSHINORI CHIU ARREOLA IPN-CICATA ALTAMIRA VIII

independent control between the electronic boards and the controller. The source will be

handled by an HMI (Human-Machine Interface), which allows a better interpretation and

clear understanding of the system from a PC. The development of this source will allow us

to build a system of plasma spray coatings which can make that will allow us to combat

various types of problems in this area.


ING. ISRAEL YOSHINORI CHIU ARREOLA IPN-CICATA ALTAMIRA 2

Índice

ÍNDICE ............................................................................................................................................................. 2

ÍNDICE DE FIGURAS .................................................................................................................................... 5

ÍNDICE DE TABLAS ...................................................................................................................................... 9

INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 10

1.1.- RECUBRIMIENTOS POR PULVERIZACIÓN TÉRMICA (THERMAL SPRAY COATINGS) ............................... 10

Características de recubrimientos por pulverización térmica ............................................... 11

Tipos de recubrimientos por pulverización térmica. .............................................................. 12

Procesos de pulverización térmica ......................................................................................... 13

1.1.3.1.- Pulverización por llama (Flame Spray). ............................................................................ 14

1.1.3.2.- Pulverización por arco eléctrico (Arc Spray) .................................................................... 15

1.1.3.3.- Pulverización por plasma (Plasma Spray o APS) .............................................................. 17

1.2.- FUENTE CONMUTADA ...................................................................................................................... 19

Diferencias entre fuentes conmutadas y fuentes lineales. ...................................................... 21

Modulación de Ancho de Pulso (PWM, por sus siglas en ingles) .......................................... 24

ANTECEDENTES ...................................................................................................... 25

2.1.- MODELADO DE PROCESOS DE RECUBRIMIENTOS DE PLASMA SPRAY. ............................................... 25

2.2.- GENERACIÓN DE PLASMA Y FUENTES DE ALIMENTACIÓN DE PLASMA .............................................. 27

2.3.- FUENTE DE ALIMENTACIÓN PULSADA BASADA EN UN CONCEPTO DE CONVERTIDORES POSITIVOS BUCK

– BOOST. ....................................................................................................................................................... 28

2.4.- FUENTE DE ALIMENTACIÓN DE UNA CORTADORA DE PLASMA .......................................................... 30

2.5.- FUENTE DE ALIMENTACIÓN PARA ENCENDER Y MANTENER PLASMA EN UN GENERADOR REACTIVO DE

GAS. 31

2.6.- JUSTIFICACIÓN Y OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN........................................................................ 33

Justificación ........................................................................................................................... 33

Objetivos de la investigación ................................................................................................. 33

METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ...................................................................... 35

3.1.- DISEÑO DE LA TARJETA PRINCIPAL DE CONTROL PARA EL ALTO VOLTAJE. ....................................... 35

3.2.- DISEÑO DE LA TARJETA PRINCIPAL PARA EL CONTROL DE ALTA CORRIENTE. ................................... 37

3.3.- DISEÑO DE LA TARJETA DE ALIMENTACIÓN ..................................................................................... 40

3.4.- DISEÑO DE LA TARJETA DE ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES. ...................................................... 41

3.5.- DISEÑO DE LA INTERFAZ DE USUARIO ............................................................................................. 42

RESULTADOS ............................................................................................................ 46



4.1.- DESARROLLO DE TOPOLOGÍAS DE INVERSORES ............................................................................... 46

Topología de control para la fuente de alto voltaje ............................................................... 46

Topología de control para la fuente de alta corriente ........................................................... 50

4.2.- DESARROLLO DE TOPOLOGÍA DE LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN. ..................................................... 54

4.3.- DESARROLLO DE LA TOPOLOGÍA PARA LA TARJETA DE ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES............ 57

4.4.- DISEÑO Y DESARROLLO DEL FIRMWARE .......................................................................................... 61

4.5.- UNIFICACIÓN DEL SISTEMA .............................................................................................................. 65

4.6.- PRUEBAS A LA FUENTE .................................................................................................................... 68

CONCLUSIONES ....................................................................................................... 72

PRODUCTOS ................................................................................................................................................. 74

ANEXO A. AUTOMATIZACIÓN DEL SISTEMA DE PULVERIZACIÓN POR PLASMA. ........ 75

5.2.- ARQUITECTURA Y FUNCIONAMIENTO DEL CONTROLADOR MODULAR SLC 500[11] ........................ 75

Características generales de los controladores SLC 500 ...................................................... 75

Opciones de comunicación. .................................................................................................... 77

Opción de protección del sistema .......................................................................................... 79

Organización de archivos ...................................................................................................... 79

5.2.4.1.- Archivos de programa ....................................................................................................... 79

5.2.4.2.- Archivo de datos ................................................................................................................ 80

Organización y direccionamiento de archivos de datos ........................................................ 81

5.2.5.1.- Archivos de salida y entrada de datos (archivos O:0 y O:1) ............................................. 83

5.2.5.2.- Archivos de estado (archivo S2:x) ..................................................................................... 83

5.2.5.3.- Archivos de datos de bit (B3:x) .......................................................................................... 85

5.2.5.4.- Archivos de datos de temporizador (T4:x) ......................................................................... 86

5.2.5.5.- Archivos de datos de contador (C5:x) ............................................................................... 87

5.2.5.6.- Archivos de datos de control (R6:x) .................................................................................. 88

5.2.5.7.- Archivo de datos enteros (N7:x) ........................................................................................ 89

5.2.5.8.- Modos de direccionamiento validos .................................................................................. 89

Instrucciones básicas del controlador SLC 500 ..................................................................... 90

5.2.6.1.- Instrucciones tipo relé XIC, XIO, OTE, OTL, OTU, OSR .................................................. 91

Manejo de datos y módulos analógicos de E/S ...................................................................... 96

5.2.7.1.- Características del módulo analógico ............................................................................... 97

5.2.7.2.- Configuración del módulo analógico ................................................................................ 98

5.2.7.3.- Cableado del módulo analógico ........................................................................................ 99

5.2.7.4.- Direccionamiento del módulo analógico ......................................................................... 100

5.2.7.5.- Conversión de datos analógicos ...................................................................................... 101

5.2.7.6.- Conversión de datos analógicos de salida ....................................................................... 103



5.2.7.7.- Escalado de datos analógicos .......................................................................................... 104

5.2.7.8.- Instrucción de control proporcional integral derivativa (PID) ....................................... 104

5.2.7.9.- Rango de entrada/salida para control de PID ................................................................. 114

5.2.7.10.- Escalado a unidades de ingeniería para control PID...................................................... 115

5.3.- SOFTWARE DE PROGRAMACIÓN RSLOGIX 500 .............................................................................. 118

Características principales del RSLogix 500 ....................................................................... 118

Entorno de trabajo del RSLogix 500 .................................................................................... 118

5.3.2.1.- Manejo del RSLogix 500 .................................................................................................. 120

5.3.2.2.- Configuración de comunicaciones en el RSLogix 500 ..................................................... 122

5.3.2.3.- Definiendo los tipos de chasis y módulos de E/S ............................................................. 124

5.3.2.4.- Edición de un diagrama lógico de escalera ..................................................................... 125

5.3.2.5.- Ramificaciones ................................................................................................................. 126

5.3.2.6.- Uso de mnemónicos ......................................................................................................... 128

5.4.- SOFTWARE DE INTERFACE DE OPERADOR (HMI) RSVIEW32 ......................................................... 129

RSView32 Works .................................................................................................................. 129

Creación de un proyecto ...................................................................................................... 131

5.4.2.1.- Uso de las comunicaciones con controladores directos .................................................. 137

5.4.2.2.- Uso de tags ...................................................................................................................... 139

5.4.2.3.- Creación y edición de pantallas graficas ........................................................................ 142

ANEXO B. MANUAL DE USUARIO DE LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN. ........................... 148

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................................................................ 156



Índice de Figuras

FIGURA 1.- ESQUEMA DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL DE UNA CAPA PREPARADA POR PULVERIZACIÓN TÉRMICA ......................... 10

FIGURA 2.- ESQUEMA DE LA ANTORCHA DE PULVERIZACIÓN POR FLAMA: (1) ENTRADA DE GASES (COMBUSTIBLE Y OXIGENO); (2)

INYECCIÓN DEL POLVO; (3) CUERPO DE LA ANTORCHA; (4) RECUBRIMIENTO; (5) CORRIENTE DE PARTÍCULAS; (6) LLAMA DE

COMBUSTIÓN. ............................................................................................................................................. 14

FIGURA 3.- SISTEMA TÍPICO DE PULVERIZACIÓN POR LLAMA[1] ...................................................................................... 15

FIGURA 4.- ESQUEMA DE UNA INSTALACIÓN DE PULVERIZACIÓN POR ARCO ELÉCTRICO: (1) FLUJO DE GAS O AIRE; (2) PROTECCIÓN

EXTERIOR DE LA ANTORCHA; (3) CORRIENTE DE PARTÍCULAS DERRETIDAS; (4) ARCO ELÉCTRICO; (5) ELECTRODOS

CONSUMIBLES POR ARCO. .............................................................................................................................. 16

FIGURA 5.- PISTOLA MODERNA PARA UN SISTEMA DE PULVERIZACIÓN POR ARCO ELÉCTRICO.[2] ........................................... 16

FIGURA 6.- ESQUEMÁTICO DE UNA PISTOLA DE PLASMA; (1) ÁNODO; (2) CÁTODO; (3) SALIDA DE AGUA Y CONECTOR DE CÁTODO;

(4) ENTRADA DE AGUA Y CONECTOR DE ÁNODO; (5) ENTRADA DE GASES; (6) INYECTOR DE POLVO; (7) AISLANTE ELÉCTRICO.

................................................................................................................................................................ 17

FIGURA 7.- COMPARACIÓN ENTRE DISTINTOS TIPOS DE PROCESOS DE PULVERIZACIÓN TÉRMICA. ........................................... 18

FIGURA 8.- DIAGRAMA DE INVERSOR QUE MUESTRA LAS SECCIONES DE LA FUENTE DE POTENCIA Y LAS FORMAS DE ONDA DEL

VOLTAJE[6] ................................................................................................................................................. 20

FIGURA 9.- SISTEMA DE RECUBRIMIENTOS POR PLASMA SPRAY DE LA EMPRESA SULZER METCO ............................................ 26

FIGURA 10.- ESQUEMA DEL ENFOQUE PARA LA FORMACIÓN DE PLASMA .......................................................................... 28

FIGURA 11.- CONFIGURACIÓN DE FUENTE DE ALIMENTACIÓN PULSADA CON UNIDADES MULTI SWITCH-DIODO-CAPACITOR ........ 29

FIGURA 12.- FUENTE DE ALIMENTACION DE UNA CORTADORA DE PLASMADE FRECUENCIA NO ALTA ....................................... 31

FIGURA 13.- MODELOS DE LAZO DINÁMICO DE CORRIENTE, COMBINA PWM Y PFM ......................................................... 32

FIGURA 14.- ESQUEMA DE LA TOPOLOGÍA DE LA TARJETA DE CONTROL PRINCIPAL PARA EL ALTO VOLTAJE ............................... 35

FIGURA 15.- ESQUEMA DE LA TOPOLOGÍA DE LA TARJETA DE CONTROL DE ALTA CORRIENTE ................................................. 38

FIGURA 16.- ESQUEMA DE TOPOLOGÍA DE TARJETA DE ALIMENTACIÓN PRINCIPAL .............................................................. 40

FIGURA 17.- ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO DE LA TARJETA DE ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES DE LA FUENTE. ................. 42

FIGURA 18.- ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO DEL HMI ............................................................................................... 43

FIGURA 19.- TOPOLOGÍA DEL CONTROL PARA LA FUENTE DE ALTO VOLTAJE. ..................................................................... 47

FIGURA 20.- DISEÑO DE PCB PARA LA TARJETA DE CONTROL DE ALTO VOLTAJE VISTA SUPERIOR ........................................... 48

FIGURA 21.- DISEÑO DE PCB PARA LA TARJETA DE CONTROL DE ALTO VOLTAJE VISTA INFERIOR ............................................ 48

FIGURA 22.- DESARROLLO DE PCB PARA LA TARJETA DE CONTROL DE ALTO VOLTAJE VISTA SUPERIOR .................................... 49

FIGURA 23.- DESARROLLO DE PCB PARA LA TARJETA DE CONTROL DE ALTO VOLTAJE VISTA INFERIOR ..................................... 49

FIGURA 24.- PWM DE ALTA FRECUENCIA PARA FUENTE DE ALTO VOLTAJE ........................................................................ 50

FIGURA 25 TOPOLOGÍA DE CONTROL PARA LA FUENTE DE ALTA CORRIENTE ....................................................................... 51

FIGURA 26 DISEÑO DE PCB PARA LA TARJETA DE CONTROL DE ALTA CORRIENTE VISTA SUPERIOR .......................................... 52



FIGURA 27 DISEÑO DE PCB PARA LA TARJETA DE CONTROL DE ALTA CORRIENTE VISTA INFERIOR ........................................... 52

FIGURA 28 DESARROLLO DE PCB PARA LA TARJETA DE CONTROL DE ALTA CORRIENTE VISTA SUPERIOR ................................... 53

FIGURA 29 DESARROLLO DE PCB PARA LA TARJETA DE CONTROL DE ALTA CORRIENTE VISTA INFERIOR .................................... 53

FIGURA 30 SEÑAL DE PWM DEL CONTROL DE ALTA CORRIENTE...................................................................................... 54

FIGURA 31 TOPOLOGÍA DE FUENTE DE ALIMENTACIÓN PARA TARJETAS DE CONTROL ........................................................... 55

FIGURA 32 DISEÑO DE PCB PARA LA TARJETA DE ALIMENTACIÓN VISTA SUPERIOR.............................................................. 56

FIGURA 33 DISEÑO DE PCB PARA LA TARJETA DE ALIMENTACIÓN VISTA INFERIOR .............................................................. 56

FIGURA 34 DESARROLLO DE PCB PARA LA TARJETA DE ALIMENTACIÓN VISTA SUPERIOR ...................................................... 57

FIGURA 35 DESARROLLO DE PCB PARA LA TARJETA DE ALIMENTACIÓN VISTA INFERIOR ....................................................... 57

FIGURA 36 DIAGRAMA DE ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES PARA LA LECTURA DE VOLTAJE Y CORRIENTE ............................. 58

FIGURA 37 DISEÑO DE PCB PARA LA TARJETA DE ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES VISTA SUPERIOR .................................... 59

FIGURA 38 DISEÑO DE PCB PARA LA TARJETA DE ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES VISTA INFERIOR ..................................... 59

FIGURA 39 DESARROLLO DE PCB PARA LA TARJETA DE ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES VISTA SUPERIOR ............................. 60

FIGURA 40 DESARROLLO DE PCB PARA LA TARJETA DE ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES VISTA INFERIOR .............................. 60

FIGURA 41 PANTALLA PRINCIPAL DEL HMI ................................................................................................................. 61

FIGURA 42 PANTALLA DE HMI PARA CONTROLAR Y GRAFICAR EL VOLTAJE ........................................................................ 62

FIGURA 43 PANTALLA DE HMI PARA CONTROLAR Y GRAFICAR LA CORRIENTE .................................................................... 63

FIGURA 44 PANTALLA PRINCIPAL PARA CONTROL DE FUENTE EN GENERAL......................................................................... 64

FIGURA 45 PRIMER NIVEL DE LA FUENTE .................................................................................................................... 65

FIGURA 46 SEGUNDO NIVEL, TARJETAS ELECTRÓNICAS INTERCONECTADAS ........................................................................ 66

FIGURA 47 TERCER NIVEL, PARTE DE POTENCIA DE LA FUENTE ........................................................................................ 66

FIGURA 48 UNIFICACIÓN FINAL DE LA FUENTE ............................................................................................................. 67

FIGURA 49 RELACIÓN DE CICLO DE TRABAJO CON EL VOLTAJE ......................................................................................... 69

FIGURA 50 ALTA CORRIENTE DADA POR LA FUENTE DE POTENCIA ................................................................................... 71

FIGURA 51 ESQUEMA DE ARCHIVO DE TEMPORIZADOR ................................................................................................. 86

FIGURA 52 ESQUEMA DE ARCHIVO DE CONTADOR ....................................................................................................... 87

FIGURA 53 ESQUEMA DEL ARCHIVO DE DATOS DE CONTROL ........................................................................................... 88

FIGURA 54 APLICACIÓN TÍPICA DE CONTROL DE FLUJO .................................................................................................. 97

FIGURA 55 VISTA FRONTAL (GENÉRICA) ..................................................................................................................... 98

FIGURA 56 CONFIGURACIÓN DEL MÓDULO ON/OFF ................................................................................................... 98

FIGURA 57 CABLEADO DEL MÓDULO ANALÓGICO ........................................................................................................ 99

FIGURA 58 DIRECCIONAMIENTO DEL MÓDULO ANALÓGICO ......................................................................................... 101

FIGURA 59 DIRECCIONAMIENTO A NIVEL DE BIT ......................................................................................................... 101

FIGURA 60 CONFIGURACIÓN DE BLOQUE DE CONTROL ................................................................................................ 106

FIGURA 61 PID SETUP SCREEN .............................................................................................................................. 107



FIGURA 62 DEFINICIÓN DE PID .............................................................................................................................. 107

FIGURA 63 EJEMPLO DE RÉGIMEN DE CAUDAL/NIVEL DE FLUIDO ................................................................................... 114

FIGURA 64 ENTORNO DE TRABAJO DE RSLOGIX 500, PANELES PRINCIPALES ................................................................... 119

FIGURA 65 VENTANA PARA SELECCIONAR EL TIPO DE PROCESADOR ............................................................................... 120

FIGURA 66 ENTORNO PRINCIPAL DE TRABAJO RSLOGIX 500 ........................................................................................ 121

FIGURA 67 DIALOGO PARA ABRIR/IMPORTAR UN PROYECTO ........................................................................................ 121

FIGURA 68 CUADRO DE DIALOGO EN DONDE SE COMUNICA EL PROGRAMA CON EL PLC .................................................... 122

FIGURA 69 EN ESTA VENTANA SE PUEDE OBSERVAR CUAL ES EL PLC ACTIVO ................................................................... 123

FIGURA 70 VENTANA DE CONFIGURACIÓN DE HARDWARE ........................................................................................... 124

FIGURA 71 BARRA DE HERRAMIENTAS DE INSTRUCCIONES ........................................................................................... 125

FIGURA 72 PALETA DE INSTRUCCIONES .................................................................................................................... 125

FIGURA 73 ICONO PARA AGREGAR RAMIFICACIONES .................................................................................................. 126

FIGURA 74 SE MUESTRA EN DONDE DEBE DARSE CLIC PARA MOVER UNA RAMIFICACIÓN .................................................... 126

FIGURA 75 SE MUESTRA DONDE DAR CLIC PARA EXPANDIR RAMIFICACIÓN ...................................................................... 127

FIGURA 76 COMO ANIDAR RAMIFICACIONES ............................................................................................................. 127

FIGURA 77 INSERTANDO RAMIFICACIONES EN PARALELO ............................................................................................. 127

FIGURA 78 COPIAR ESTRUCTURA ENTERA DE RAMIFICACIONES ..................................................................................... 128

FIGURA 79 CUADRO DE DIALOGO PARA GENERAR NUEVO HMI .................................................................................... 131

FIGURA 80 VENTANA PRINCIPAL DE PROYECTO .......................................................................................................... 132

FIGURA 81 ADMINISTRADOR DE PROYECTOS ............................................................................................................. 133

FIGURA 82 CONFIGURAR COMUNICACIONES ............................................................................................................. 137

FIGURA 83 VENTANA PARA CREAR O EDITAR TAGS. .................................................................................................... 141

FIGURA 84 BASE DE DATOS DE LOS TAGS .................................................................................................................. 141

FIGURA 85 CONFIGURACIÓN DE DISPLAY ................................................................................................................. 144

FIGURA 86 CONFIGURACION DE BOTONES ................................................................................................................ 145

FIGURA 87 CONFIGURACIÓN DE ANIMACIÓN PARA OBJETOS ........................................................................................ 146

FIGURA 88 LADO IZQUIERDO EXTERNO DE LA FUENTE ................................................................................................. 148

FIGURA 89 LADO DERECHO EXTERNO DE LA FUENTE ................................................................................................... 148

FIGURA 90 PLC DEL SISTEMA ................................................................................................................................ 149

FIGURA 91 BOTONERAS DE ALIMENTACIÓN DE 110 V ................................................................................................ 150

FIGURA 92 CONTACTORES Y TRANSFORMADORES DE ALIMENTACIÓN DEL SISTEMA ........................................................... 150

FIGURA 93 SCR Y TRANSFORMADOR DE POTENCIA. ................................................................................................... 151

FIGURA 94 PLACA DE DATOS DEL TRANSFORMADOR DE POTENCIA ................................................................................. 151

FIGURA 95 PALANCA PARA MOVER EL NÚCLEO DEL TRANSFORMADOR DE POTENCIA. ........................................................ 152

FIGURA 96 TARJETA ELECTRÓNICA DE ALTO VOLTAJE .................................................................................................. 152



FIGURA 97 TARJETA DE CONTROL DE ALTA CORRIENTE ................................................................................................ 153

FIGURA 98 TARJETA DE ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES .......................................................................................... 154

FIGURA 99 TARJETA ELECTRÓNICA DE ALIMENTACIÓN................................................................................................. 155



Índice de Tablas

TABLA 1 COMPARACIÓN ENTRE VOLTÍMETRO DE ALTA TENSIÓN CONTRA EL VALOR DE LA TARJETA DE ACONDICIONAMIENTO DE

SEÑALES ..................................................................................................................................................... 70

TABLA 2 COMPARACIÓN DE VALORES MEDIDOS POR EL AMPERÍMETRO DE GANCHO MARCA FLUKE Y LA TARJETA DE

ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES DEL SISTEMA. ................................................................................................ 71

TABLA 3 ESPECIFICACIONES DE PLC FAMILIA SLC 500.................................................................................................. 76

TABLA 4 TIPOS DE PROTECCIÓN DE SLC 500 .............................................................................................................. 79

TABLA 5 TIPOS DE ARCHIVOS, IDENTIFICADORES Y NÚMERO DE ARCHIVO. ......................................................................... 81

TABLA 6 EJEMPLOS DE DIRECCIONAMIENTOS .............................................................................................................. 82

TABLA 7 BIT DENTRO DE UNA ESTRUCTURA ................................................................................................................ 82

TABLA 8 FORMATO DE DIRECCIONAMIENTO DE ENTRADA Y SALIDA. ................................................................................. 83

TABLA 9 INSTRUCCIONES IMPORTANTES DEL ARCHIVO DEL ESTADO S: .............................................................................. 84

TABLA 10 FORMATO DE DIRECCIONAMIENTO PARA EL ARCHIVO DE ESTADO ...................................................................... 85

TABLA 11 FORMATO DE DIRECCIONAMIENTO PARA EL ARCHIVO DE DATOS BIT ................................................................... 85

TABLA 12 ESQUEMA DE DIRECCIONAMIENTO DEL TEMPORIZADOR .................................................................................. 86

TABLA 13 DIRECCIONAMIENTO DE BIT PARA CONTADOR ............................................................................................... 87

TABLA 14 FORMATO DE DIRECCIONAMIENTO PARA EL ARCHIVO DE DATOS DE CONTROL ...................................................... 88

TABLA 15 FORMATO DE DIRECCIONAMIENTO PARA ARCHIVO DE DATOS ENTEROS ............................................................... 89

TABLA 16 CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS DEL MÓDULO ANALÓGICO ................................................................................. 97

TABLA 17 LÍMITES DE ENTRADA DE CORRIENTE Y VOLTAJE PARA LOS CANALES DE ENTRADA ................................................ 102

TABLA 18 LÍMITES DE SALIDA DE CORRIENTE Y VOLTAJE PARA CANALES DE SALIDA ............................................................ 103

TABLA 19 LIMITE DE SALIDA .................................................................................................................................. 111

TABLA 20 RANGOS DE ENTRADA ANALÓGICA COMUNES PARA LAS VARIABLES DE PROCESO ................................................. 117

TABLA 21 VARIABLES DE CONTROL A SALIDAS ANALÓGICAS COMUNES ........................................................................... 117



Introducción

1.1.- Recubrimientos por pulverización térmica (Thermal Spray Coatings)

El Thermal Sray o pulverización térmica, es un grupo de procesos en donde la materia

prima es calentada y disparada a propulsión como partículas individuales o gotas del

material fundido sobre una superficie usando un dispositivo conocido por su forma como

pistola. Las pistolas de Thermal Spray generan el calor necesario mediante la combustión

de gases, un arco eléctrico o un plasma. El material fundido o pulverizado es confinado y

acelerado por un gas comprimido hacia la muestra. Las partículas chocan contra el

sustrato, se aplanan y forman plaquetas delgadas que se ajustan y se adhieren a las

irregularidades de la superficie preparada. Como las partículas pulverizadas inciden sobre

la superficie, se enfrían y se acumulan, en una estructura laminar que forma un

recubrimiento por pulverización térmica. En la Figura 1 se ilustra una sección transversal

de una estructura laminar típica de óxido con inclusiones. El recubrimiento que es formado

no es homogéneo y típicamente contiene cierto grado de porosidad, y, en el caso de que

la materia prima sea metal, el recubrimiento tendrá oxido de dicho metal.

Los materiales que se utilizan como materia prima pueden ser cualquier substancia que

pueda ser fundida, incluyendo metales, aleaciones, cerámicos, polímeros, cermets y

vidrios. La materia prima puede ser suministrada en forma de polvos, cables o varillas. La

conexión entre el substrato y el recubrimiento puede ser mecánica, química o metalúrgica,

o una combinación de estos.[1]

Figura 1.- Esquema de la sección transversal de una capa preparada por pulverización térmica



Características de recubrimientos por pulverización térmica

Los recubrimientos por pulverización térmica son con frecuencia usados debido a su alto

grado de endurecimiento. Su dureza y resistencia a la erosión hace que su valor sea

especial debido a las aplicaciones de alto desgaste. La dureza y la densidad de los

recubrimientos térmicos son típicamente inferiores que la materia prima del cual los

recubrimientos son formados. En el caso de los recubrimientos metálicos, la dureza y la

densidad del recubrimiento dependen del material con que se recubre, del tipo de equipo

con el que se deposita, y de los parámetros de pulverización. En general, cuanto mayor

sea la velocidad de las partículas, más duro y más denso es el recubrimiento debido a que

la porosidad del recubrimiento disminuye. La porosidad del recubrimiento depende del

proceso de pulverización térmica que se utilice, de los parámetros de aplicación y del

material a depositar.[1]

Los recubrimientos metálicos por pulverización térmica pueden ser anódicos o catódicos

respecto al sustrato metálico subyacente. Cuando la corrosión ocurre en el ánodo, los

recubrimientos más anódicos respecto a éste se corroerán mientras que el sustrato, que

queda catódico respecto al recubrimiento no lo hará. Los sistemas de recubrimientos

anticorrosivos son generalmente diseñados de tal forma que el material de recubrimiento

es anódico al substrato. Los recubrimientos anódicos se corroen o se sacrifican para

proteger el sustrato. Para aplicaciones de muy altas temperaturas y para exposiciones

químicas, el revestimiento de pulverización térmica debe ser muy resistente. Para tales

aplicaciones, los recubrimientos deben proveer una barrera resistente a la corrosión para

proteger el sustrato.

Los recubrimientos también deben tener una muy buena adhesión. Recubrimientos

especiales, usados para revestir con resistencia, que son aplicados por procesos de

pulverización térmica con muy altas velocidades de partícula pueden tener adherencias de

tracción mayores a los 34,000 kPa. La mayoría de los recubrimientos usados para

aplicaciones de infraestructura tienen valores de adhesión comparables con

recubrimientos de pintura.[1]



Tipos de recubrimientos por pulverización térmica.

Existen muchos tipos de revestimientos que pueden hacerse por pulverización térmica.

Los materiales pueden ser metales, aleaciones, cerámicas, polímeros, cermets

(combinación de cerámicos y metales), entre otros. Algunas de las técnicas de

pulverización térmica prácticamente pueden fundir casi cualquier tipo de material debido

a las altas temperaturas con la que trabajan dichos procesos.[2]

Los tipos de materiales más comunes para los recubrimientos son:

a) Zinc, aluminio y aleaciones de zinc-aluminio resistentes a la corrosión. Este tipo de

recubrimientos son importantes anticorrosivos porque son anódicos respecto al acero. En

otras palabras, estos se corroen con más facilidad que el acero, sacrificándose los

revestimientos en vez del acero que está por debajo de dicha capa. Por otro lado, los

recubrimientos de aluminio son más duros, tienen mejor adhesión, y forman una capa de

óxido protectora para prevenir la auto-corrosión. Las aleaciones de dos metales tienen

propiedades provenientes de los dos metales utilizados, dependiendo la proporción de zinc

y aluminio. Un 85 – 15 (porcentaje por peso) de aleación zinc y aluminio es un material

de recubrimiento de pulverización térmica ampliamente utilizado, ya que se cree que tiene

la mejor combinación de atributos de ambos metales.

b) Recubrimientos de polímeros. Las capas plásticos o polímeros han sido desarrollados

para aplicaciones de infraestructura. Este tipo de polímeros son termoplásticos aplicados

por llama o por pulverización por plasma (Plasma Spray). El polímero debe tener una

temperatura de fusión que sea propicio para la proyección térmica. Este tipo de polímeros

pulverizados han sido usado para recubrir acero, bajo condiciones atmosféricas frías

cuando las pinturas no son prácticas.

c) Otros tipos de revestimientos por pulverización térmica. Recubrimientos especiales

de aleación de metal se utilizan comúnmente para superficies de desgaste de maquinaria

de construcción, componentes de motores a reacción, y maquinas – herramientas. Para



restauración o redimensionamiento de equipo desgastado se usan con frecuencia

aleaciones de metales ferrosos. A veces se utilizan aleaciones ferrosas especiales para

resistencia a la corrosión por alta temperatura. Para prótesis médicas e implantes como

prótesis articulares se han depositado revestimientos cerámicos inertes. Para el blindaje

de equipos electrónicos frente a los campos eléctricos y magnéticos se suelen usar

recubrimientos metálicos conductores. Las capas cerámicas también han sido usados para

producir superficies de muy baja fricción de los componentes. [1]

Existen varias áreas de actividad en donde los recubrimientos por pulverización térmica

tienen una gran actividad, las cuales son[3]:

Resistentes a Corrosión

Barreras Térmicas: Resistencia a Temperatura

De elevada Resistencia a Desgaste

Auto-lubricantes

Poliméricos

Nano estructurados

De Materiales Biocompatibles

Sustitutos del Cromo Duro

Procesos de pulverización térmica

Los procesos de pulverización térmica pueden ser categorizados dependiendo el método

para pulverizar la materia prima, ya sea, por combustión o por procesos eléctricos. Los

procesos de combustión incluyen la pulverización por llama, la pulverización HVOC

(High Velocity Oxy-Fuel), y el proceso de pulverización por detonación. Los procesos

eléctricos incluyen la pulverización por arco eléctrico y la pulverización de plasma.

Existen más tipos de procesos de pulverización térmica, que los mencionados

anteriormente, a continuación describiremos los más comúnmente utilizados. [1]



1.1.3.1.- Pulverización por llama (Flame Spray).

La pulverización por llama es cronológicamente la primera técnica de pulverización. Fue

desarrollada por el ingeniero suizo Schoop al principio del último siglo. Este proceso fue

usado inicialmente para metales de bajo punto de fusión, como el estaño o plomo, y

después fue ampliado a los metales más refractarios e incluso la cerámica.

En la antorcha, la energía química del gas combustible se utiliza para generar una llama

caliente. La antorcha de pulverización por llama se muestra en la Figura 2. La entrada del

gas es axial (1) y el polvo (2) se puede introducir axialmente o perpendicularmente a la

flama (3). La materia prima puede ser aparte de en forma de polvo, en forma de varilla o

alambre. Las partículas se derriten en la flama (6) y es acelerada en dirección al substrato

(4).

Figura 2.- Esquema de la antorcha de pulverización por flama: (1) Entrada de gases

(combustible y oxigeno); (2) Inyección del polvo; (3) Cuerpo de la antorcha; (4) Recubrimiento;

(5) Corriente de partículas; (6) Llama de combustión.

Este tipo de procesos trabajan a temperaturas y velocidades bajas, a comparación de otros

procesos de pulverización térmica, estamos hablando que trabajan a temperaturas de llama

de alrededor de 2700°C y velocidades de llama entre 80 a 100 m/s. Este tipo de proceso

tiene limitados materiales que se pueden depositar o fundir, debido a las temperaturas que

este mismo maneja. El espesor típico del recubrimiento que este proceso deposita esta

entre los 100 y los 2500 µm y una porosidad de entre 10 al 20%. A pesar que su porosidad

es elevada a comparación de otro tipo de técnicas, su resistencia y durabilidad es mayor

que la de cualquier método de protección convencional.[2]. En la Figura 3 se muestra un

esquema típico de un sistema completo de pulverización por flama ó llama.[1]



Figura 3.- Sistema típico de Pulverización por llama[1]

1.1.3.2.- Pulverización por arco eléctrico (Arc Spray)

En la Figura 4 se muestra un esquema de una instalación de pulverización por arco

eléctrico. El principio de funcionamiento de este proceso es simple: consta de dos

alambres (5), que son los electrodos de arco consumibles, extraídos de unos carretes y que

forman partículas fundidas por arco eléctrico (4). Las partículas derretidas son disparadas

por el aire o gas que se inyecta (1). El aire o gas que se inyecta atomiza la gota fundida y

propulsa partículas finas (3) hacia el sustrato. Si los alambres son hechos de diferentes

metales, pueden producir un recubrimiento de una pseudo-aleacion. En la Figura 5 se

muestra una antorcha moderna que es usada para un sistema de pulverización por arco

eléctrico.[2]



Figura 4.- Esquema de una instalación de pulverización por arco eléctrico: (1) Flujo de gas o

aire; (2) Protección exterior de la antorcha; (3) Corriente de partículas derretidas; (4) Arco

eléctrico; (5) Electrodos consumibles por arco.

Figura 5.- Pistola moderna para un sistema de pulverización por arco eléctrico.[2]

Este tipo de sistemas utilizan una fuente de poder que va típicamente en el rango entre los

5 y los 10 kW. Son térmicamente eficientes a pesar que las partículas no son derretidas

por flama o por plasma. Tienen velocidades medias de rocío de material; los materiales

que utiliza este tipo de procesos están limitados, debido a que necesita materiales

eléctricamente conductivos para poder producir el arco eléctrico, tiene una porosidad entre

un 10 a un 20% y el grosor típico de el recubrimiento esta entre los 100 y los 2000 µm.

Este proceso tiene la ventaja de no requerir el uso de oxigeno y/o gas combustible, lo cual

reduce costos. [2]



1.1.3.3.- Pulverización por plasma (Plasma Spray o APS)

Un generador de plasma es representado en la Figura 6. Consiste en un ánodo circular

(1), usualmente de cobre, y un cátodo de tungsteno (2). El cátodo está hecho de grafito en

la antorcha estabilizada con agua. La descarga del arco eléctrico, soportado por un

generador a través de los conectores (3, 4) calienta el gas de trabajo (5), el cual se expande

en la atmósfera, formando un mechero. La materia prima en forma de polvo (6), se inyecta

en el chorro. Las partículas de polvo después de ser derretidas y aceleradas por el mechero,

impactan sobre el sustrato y forman el recubrimiento.

Figura 6.- Esquemático de una pistola de plasma; (1) Ánodo; (2) Cátodo; (3) Salida de agua y

conector de cátodo; (4) Entrada de agua y conector de ánodo; (5) Entrada de gases; (6) Inyector

de polvo; (7) Aislante eléctrico.

Un arco se caracteriza por una corriente eléctrica de unos pocos cientos de amperes y un

voltaje el cual depende de dos principales parámetros:

La distancia entre el cátodo y el ánodo (a mayor distancia el voltaje incrementa)

La elección del gas secundario (gases diatómicos, tales como el hidrógeno,

incrementa el voltaje del arco eléctrico).

Los voltajes típicos de los arcos en las pistolas de plasma, están en un rango entre los 30

a 70V, este voltaje se refiere a la fuente de corriente que se utiliza para recalentar el

plasma. Existen fuentes de corrientes de estos sistemas que llegan hasta los 500 A.[4] La

temperatura del plasma en una típica pistola de plasma esta alrededor de los 15000° C y

la velocidad de la salida del inyector puede alcanzar los 800 m/s. Existen temperaturas

reportadas de cerca de los 28000°C en una antorcha estabilizada con agua y una velocidad



de 2900 m/s en instalaciones de alta potencia de procesos de pulverización por plasma.

Los gases de trabajo influyen en el grado de fusión de las partículas pulverizadas. Este

proceso es el más versátil de todos los que se utilizan por pulverización térmica debido a

las altas temperaturas que maneja, ya que prácticamente derrite cualquier tipo de material

que se deba utilizar para recubrir. Manejan velocidades cercanas o por encima de 240 a

550 m/s, que es cerca de 2 veces la velocidad del sonido, la cual permite mejor adhesión

y obtener una porosidad menor en el recubrimiento, teniendo de un 1 a un 7% de porosidad

en el recubrimiento que genera el plasma, la cual permite que prácticamente no se fracture

el recubrimiento y el espesor típico de dichos recubrimientos está en el rango de entre los

300 y 1500 µm.

Figura 7.- Comparación entre distintos tipos de procesos de pulverización térmica.

En la Figura 7 se observa que el sistema de pulverización por plasma es el más versátil

de todos, ya que las temperaturas que maneja son superiores a las que otros procesos



manejan y en cuanto a velocidad de depósito es de las que tiene mayor rapidez en el

mechero de la pistola.

Este tipo de técnicas utilizan fuentes de alta potencia, para poder generar el plasma y

recalentarlo según el tiempo que se necesite ablacionar la muestra. Existen distintos tipos

de fuentes para estos procesos, fuentes de corriente directa, fuentes de corriente directa

pulsada, fuentes de radiofrecuencia y microondas, etc. La fuente que se eligió para el

diseño del sistema, es una fuente conmutada de DC, debido a que la película que se

deposita es más homogénea comparada con una de DC, tiene más ventajas como menor

tamaño, mayor eficiencia, y se puede controlar con más facilidad su ciclo de trabajo. Los

equipos de radiofrecuencia tienen una instalación mucho más compleja debido a que

aparte de necesitar una fuente de alimentación, necesitan un banco de capacitores

variables, lo cual, hace más difícil el control de esta fuente y el costo se incrementa.

En el Laboratorio de Tecnología Laser, se hacen trabajos de depósitos por una técnica

llamada PLD (Pulsed Laser Deposition) el cual se lleva a cabo dentro de una cámara de

vacío. El laboratorio cuenta con una pistola para un sistema de plasma spray, esta técnica

se tiene la versatilidad que se comentó anteriormente y no necesita un ambiente de vacío

para hacer los depósitos, por lo cual, nos dimos a la tarea de crear la fuente para un

prototipo el cual nos permita tener otra técnica de depósito en el centro. Al construir esta

fuente no solo se tiene la ventaja de no pagar un alto costo, que esta implicaría, debido a

que los parámetros que se necesitan no se consiguen en fuentes genéricas para este tipo

de aplicaciones, sino que se puede utilizar, no solo para el sistema de plasma spray, sino

que se podría utilizar para otros tipos de técnicas de depósito o incluso otras aplicaciones.

1.2.- Fuente conmutada

Una fuente conmutada es un dispositivo electrónico que transforma energía eléctrica

mediante transistores en conmutación. Mientras que un regulador de tensión utiliza

transistores polarizados en su región activa de amplificación, las fuentes conmutadas

utilizan los mismos conmutándolos activamente a altas frecuencias (20-100 kHz

típicamente) entre corte (abiertos) y saturación (cerrados).



La forma de onda cuadrada resultante es aplicada a transformadores con núcleo de ferrita

para obtener uno o varios voltajes de salida de corriente alterna (CA) que luego son

rectificados (con diodos rápidos) y filtrados (inductores y condensadores) para obtener los

voltajes de salida de corriente continua (CC).

Las ventajas de este método incluyen menor tamaño y peso del núcleo, mayor eficiencia

y por lo tanto menor calentamiento. Las desventajas comparándolas con fuentes lineales

es que son más complejas y generan ruido eléctrico de alta frecuencia que debe ser

cuidadosamente minimizado para no causar interferencias a equipos próximos a estas

fuentes[5]. La Figura 8 muestra un diagrama general de un inversor.

Figura 8.- Diagrama de inversor que muestra las secciones de la fuente de potencia y las

formas de onda del voltaje[6]

Las fuentes conmutadas pueden ser clasificadas en 4 tipos:

Alimentación C.A, salida C.C

Alimentación C.A, salida C.A (variador de frecuencia)

Alimentación C.C, salida C.A (inversor)

Alimentación C.C, salida C.C



Diferencias entre fuentes conmutadas y fuentes lineales.

Hay dos tipos principales de fuentes de alimentación reguladas disponibles: conmutadas

y lineales. Las razones por las cuales elegir un tipo o el otro se pueden resumir como sigue.

Tamaño y peso.- Las fuentes de alimentación lineales utilizan un transformador

funcionando a la frecuencia de 50 o 60 Hz. Este transformador de baja frecuencia es varias

veces más grande y más pesado que un transformador correspondiente de fuente

conmutada, el cual funciona en frecuencias típicas de 50 KHz a 1 MHz. La tendencia de

diseño es de utilizar frecuencias cada vez más altas mientras los transistores lo permitan

para disminuir el tamaño de los componentes pasivos (condensadores, inductores,

transformadores).

Voltaje de la salida.- Las fuentes de alimentación lineales regulan la salida usando un

voltaje más alto en las etapas previas y luego disipando energía como calor para producir

un voltaje más bajo, regulado. Esta caída de voltaje es necesaria y no puede ser eliminada

mejorando el diseño. Las fuentes conmutadas pueden producir voltajes de salida que son

más bajos que el voltaje de entrada, más altos que el voltaje e incluso inversos al voltaje

de entrada, haciéndolos versátiles y mejor adaptables a voltajes de entrada variables.

Eficiencia, calor, y energía disipada.- Una fuente lineal regula el voltaje o la corriente

de la salida disipando el exceso de energía como calor, lo cual es ineficaz. Una fuente

conmutada usa la señal de control para variar el ancho de pulso, tomando de la

alimentación solamente la energía requerida por la carga. En todas las topologías de

fuentes conmutadas, los transistores se apagan y se encienden completamente. Así,

idealmente, las fuentes conmutadas son 100 % eficientes. El único calor generado se da

por las características no ideales de los componentes, pérdidas en la conmutación en los

transistores, resistencia directa de los transistores saturados, resistencia serie equivalente

en el inductor y los condensadores y la caída de voltaje por el rectificador; bajan la

eficiencia. Sin embargo, optimizando el diseño, la cantidad de energía disipada y calor

pueden ser reducidos al mínimo. Un buen diseño puede tener una eficiencia de conversión



de 95 % y típicamente 75-85 % en fuentes de entre 10-50 W. Las fuentes conmutadas más

eficientes utilizan rectificación síncrona (transistores MOSFET saturados durante el

semiciclo adecuado reemplazando diodos).

Complejidad.- Un regulador lineal consiste en última instancia de un transistor de

potencia, un CI de regulación de voltaje y un condensador de filtro de ruido. En cambio

una fuente conmutada contiene típicamente un CI regulador, uno o varios transistores y

diodos de potencia como así también un transformador, inductores, y condensadores de

filtro. Múltiples voltajes se pueden generar a partir del mismo núcleo de transformador.

Para ello se utiliza el control por ancho de pulso de entrada aunque las diferentes salidas

pueden tener dificultades para la regulación de carga. Ambos necesitan una selección

cuidadosa de sus transformadores. En las fuentes conmutadas debido al funcionamiento a

altas frecuencias las pérdidas en las pistas del circuito impreso por inductancia de perdida

y las capacidades parásitas llegan a ser importantes.

Interferencia por radiofrecuencia.- La corriente en las fuentes conmutadas tiene

cambios abruptos, y contiene una proporción grande de componentes espectrales de alta

frecuencia. Cables o pistas largas entre los componentes pueden reducir la eficacia de alta

frecuencia de los filtros a condensadores en la entrada y salida. Esta corriente de alta

frecuencia puede generar interferencia electromagnética indeseable. Filtros EMI y

blindajes de RF son necesarios para reducir la interferencia. Las fuentes de alimentación

lineales no producen generalmente interferencia, y se utilizan para proveer de energía

donde la interferencia de radio no debe ocurrir.

Ruido electrónico.- En los terminales de salida de fuentes de alimentación lineales

baratas con pobre regulación se puede experimentar un voltaje de CA pequeño “montado”

sobre la CC de dos veces la frecuencia de alimentación (100/120 ciclos). Esta

“ondulación” (ripple en inglés) está generalmente en el orden de varios milivoltios, y

puede ser suprimida con condensadores de filtro más grandes o mejores reguladores de

voltaje. Este voltaje de CA pequeño puede causar problemas o interferencias en algunos

circuitos; por ejemplo, cámaras fotográficas análogas de seguridad alimentadas con este



tipo de fuentes pueden tener la modulación indeseada del brillo y distorsiones en el sonido

que produce zumbido audible. Las fuentes de alimentación lineales de calidad suprimirán

la ondulación mucho mejor. En cambio las fuentes conmutadas no exhiben generalmente

la ondulación en la frecuencia de la alimentación, sino salidas generalmente más ruidosas

a altas frecuencias. El ruido está generalmente relacionado con la frecuencia de la

conmutación.

Ruido acústico.- Las fuentes de alimentación lineales emiten típicamente un zumbido

débil, en la baja frecuencia de alimentación, pero ésta es raramente audible (la vibración

de las bobinas y las chapas del núcleo del transformador suelen ser las causas). Las

Fuentes conmutadas con su funcionamiento mucho más alto en frecuencia, no son

generalmente audibles por los seres humanos (a menos que tengan un ventilador, como en

la mayoría de las computadoras personales). El funcionamiento incorrecto de las fuentes

conmutadas puede generar sonidos agudos, ya que genera ruido acústico en frecuencia

subarmónico del oscilador.

Factor de potencia.- Las fuentes lineales tienen bajo factor de potencia porque la energía

es obtenida en los picos de voltaje de la línea de alimentación. La corriente en las fuentes

conmutadas simples no sigue la forma de onda del voltaje, sino que en forma similar a las

fuentes lineales la energía es obtenida solo de la parte más alta de la onda sinusoidal, por

lo que su uso cada vez más frecuente en computadoras personales y lámparas

fluorescentes se constituyó en un problema creciente para la distribución de energía.

Existen fuentes conmutadas con una etapa previa de corrección del factor de potencia que

reduce grandemente este problema y son de uso obligatorio en algunos países

particularmente europeos a partir de determinadas potencias.

Ruido eléctrico.- Sobre la línea de la alimentación principal puede aparecer ruido

electrónico de conmutación que puede causar interferencia con equipos de A/V

conectados en la misma fase. Las fuentes de alimentación lineales raramente presentan

este efecto. Las fuentes conmutadas bien diseñadas poseen filtros a la entrada que

minimizan la interferencia causada en la línea de alimentación principal.[5]



Modulación de Ancho de Pulso (PWM, por sus siglas en ingles)

La modulación de anchura de pulso, abreviada como PWM, es un método de transmitir

información sobre una serie de pulsos. Los datos que se están transmitiendo se codifican

en la anchura de estos pulsos para controlar la cantidad de energía que es enviada a una

carga. Es decir la modulación de anchura de pulso es una técnica de la modulación para

generar pulsos variables en la anchura para representar la amplitud de una señal análoga

o de una onda de la entrada. Los usos populares de la modulación de anchura de pulso

están en entrega de energía, regulación del voltaje y amplificación.

La modulación de anchura de pulso se utiliza para evitar que la energía total entregada a

una carga fuera dando por resultado la pérdida, lo que ocurre normalmente cuando una

fuente de energía es limitada por un elemento resistente. El principio subyacente en el

proceso es que la energía media entregada es directamente proporcional al ciclo de la

modulación. Si el valor de modulación es alta, es posible alisar hacia fuera el tren de pulso

usando los filtros electrónicos pasivos y recuperar una forma análoga media de la onda.

Los sistemas de control de alta frecuencia de energía de la modulación de anchura de pulso

se pueden lograr usando interruptores en base a semiconductores. Aquí, el propio estado

de la modulación se puede utilizar para controlar los interruptores, controlando el voltaje

o la corriente a través de la carga. La ventaja principal con estos tipos de interruptores es

que la caída de voltaje a través de ella, es idealmente cero. El campo del uso de PWM

incluye control de la velocidad de motores de C.C. La modulación de anchura de pulso es

ampliamente utilizada también en reguladores de voltaje si se trabaja cambiando el voltaje

a la carga con el ciclo de deber apropiado; la salida mantendrá un voltaje en el nivel

deseado.



Antecedentes

En este capítulo se describen las investigaciones de compañeros de otros institutos acerca de

los estudios que ya se han estado realizando con respecto a las distintas topologías que se

utilizan para la fabricación de fuentes con las características que necesita un sistema de

plasma spray.

2.1.- Modelado de procesos de recubrimientos de plasma spray.

En mayo del 2012 los investigadores Somak Datta, Dilip Kumas Pratihar y Partha Pratim

Bandyopadhya publicaron un estudio sobre los procesos de recubrimientos por plasma

spray.[4]

Este estudio tuvo como objetivo correlacionar las salidas de un proceso de revestimiento

por pulverización de plasma con sus parámetros de entrada. El diseño central de los

experimentos ha sido diseñado para obtener los parámetros de entrada y salida de los

procesos de recubrimientos por plasma spray. Los efectos de los cuatro parámetros de

entrada, es decir, la tasa de flujo de gas, distancia de separación, tasa de flujo del polvo, y

la corriente del arco eléctrico en tres salidas (respuestas), tal como el espesor, la porosidad,

y la micro dureza de los recubrimientos, han sido estudiados usando análisis de regresión

estática no lineales. Se encontró, que para los cuatro parámetros arriba mencionados, se

tenían varias influencias con distintas respuestas. Sin embargo, se encontró que las tres

respuestas arriba mencionadas dependían significativamente de la tasa de flujo de gas

primario.[4]



Figura 9.- Sistema de recubrimientos por plasma spray de la empresa Sulzer Metco

Para la experimentación y recolección de datos ellos usaron la corriente de arco eléctrico

entre 400 y 500 amperes. Fueron considerados tres niveles para cada parámetro de entrada.

Los rangos de entrada de los parámetros fueron decididos basados en la recomendación

del fabricante. La instalación del sistema se muestra en la Figura 9[4].

Con el incremento del arco eléctrico, inicialmente la porosidad mostro una tendencia a

decrecer, seguido por una tendencia creciente a un mayor aumento de la misma. A una

corriente baja del arco eléctrico, era de suponer que la temperatura del gas no sería

suficiente para producir una buena fusión de partículas. Las partículas no fundidas/semi

fundidas crean porosidad en los recubrimientos, dado que estas no se destruyen por

completo en el impacto. Con un incremento en la corriente, la temperatura del gas

incrementa también, y la condición de la fusión del polvo mejora. Por lo tanto, la

porosidad disminuye. Por lo tanto, con el aumento de la corriente eléctrica, la temperatura

en el gas incrementa excesivamente, resultando en alta velocidad de las partículas y

posible decremento de la porosidad debido al impacto.[4]



2.2.- Generación de plasma y fuentes de alimentación de plasma

En septiembre del 2000, los investigadores H. Conrads y M. Schmidt publicaron un

artículo en el cual hablan sobre las distintas fuentes de alimentación de sistemas de plasma

spray.[7]

En este artículo se revisan los métodos más comúnmente usados para la generación de

plasma con especial énfasis en plasmas de baja temperatura no térmicos para aplicaciones

tecnológicas. También se discuten varias soluciones técnicas de fuentes de plasma para

aplicaciones seleccionadas. En este trabajo se limita más a la discusión de los métodos de

generación de plasma que emplean campos eléctricos. Los plasmas descritos incluyen

descargas luminiscente de CC, ya sea operando de forma continua o pulsada, capacitiva,

descargas RF con acoplamiento inductivo y descargas de microondas. Varios ejemplos de

realizaciones técnicas de plasmas en estructuras cerradas (cavidades), en estructuras

abiertas, y en los campos magnéticos (fuentes de resonancia ciclotrón de electrones) se

discuten en detalle. Por último, mencionamos las descargas de barrera dieléctrica como

fuentes convenientes de los plasmas térmicos a altas presiones (hasta la presión

atmosférica) y plasma producido por un rayo láser. Ese es el objetivo principal de este

trabajo, dar una visión general de la amplia gama de métodos de generación de plasma y

diversas fuentes de plasma y poner de relieve el espectro de las propiedades del plasma

que, a su vez, dan lugar a una amplia gama de diversas aplicaciones tecnológicas y

técnicas. En la Figura 10, se muestra un esquema del enfoque para la formación de

plasma.[7]



Figura 10.- Esquema del enfoque para la formación de plasma

Las fuentes pulsadas de corriente continua tienen las siguientes ventajas:

Operación con mayor potencia

Control de rendimiento adicional por un ciclo de trabajo variable

Mientras que las variaciones en la composición del gas neutro entre el límite del

plasma y el centro de plasma (debido a reacciones químicas del plasma) pueden causar

por ejemplo, un depósito de una película delgada no homogénea en un plasma de corriente

continua, sin embargo, en las fuentes pulsadas, el intercambio rápido de gases entre los

pulsos, pueden minimizar o prevenir tales efectos.[7]

2.3.- Fuente de alimentación pulsada basada en un concepto de convertidores positivos Buck – Boost.

En agosto del 2010 los investigadores Sasan Zabihi, Firuz Zare, Gerard Ledwich y

Arindam Ghosh escribieron un artículo sobre nuevas fuentes de alimentación pulsadas en

donde su objetivo era, mejorar la eficiencia y la flexibilidad de las tecnologías de

suministro de energía de impulsos es la preocupación más importante de los sistemas de

energía de pulsos, específicamente en lo que respecta a la generación de plasma.[8]



Recientemente, la mejora de la fuente de alimentación pulsada, ha sido de mayor

preocupación debido a la extensión de las aplicaciones de potencia pulsada a las áreas

ambientales e industriales. Con respecto a esto, se propone una topología basada en una

fuente de corriente basada en una fuente de corriente pulsada la cual da la posibilidad de

un control del flujo de energía durante el modo de carga.

La principal contribución de esta configuración está en la utilización de switches

semiconductores de medio-bajo voltaje para la generación de un alto voltaje. Un número

de unidades switch-diodo-capacitor son designadas en la salida de la topología para

cambiar la corriente de la fuente en forma de voltaje y generar una fuente pulsada con

suficiente magnitud y tensión. Se llevaron a cabo simulaciones en Matlab/Simulink, así

como, experimentos en un prototipo que ha verificado la capacidad para la realización de

las funciones deseadas. Ser eficiente y flexible son las principales ventajas de esta

topología, que se muestra en la Figura 11.[8]

Figura 11.- Configuración de fuente de alimentación pulsada con unidades multi switch-diodo-

capacitor



Los switches utilizados en la fuente de alimentación tienen dos diferentes funciones. Un

solo switch en el frente de la topología, puede cargar el inductor a un cierto nivel. Un

rango de switches, a la salida de la topología hace circular la corriente o conducirla a los

capacitores. El switch se utiliza para modelar los fenómenos de degradación de plasma en

la carga, otro switch es controlado hasta llevarlo a cierto nivel de voltaje. Como se

esperaba, cada tipo de esos switches se funcionaliza en virtud de un principio especifico

con el fin de cumplir con las funciones asignadas.[8]

2.4.- Fuente de alimentación de una cortadora de plasma

En 2010 Sun Qiang, Chen GuiTao, Zhao Chen y Yuan Bo realizaron una investigación de

una fuente de alimentación para una cortadora de plasma que no utiliza alta frecuencia.[9]

En este artículo se presenta un método que es designado un inversor de medio puente para

una fuente de alimentación de una maquina cortadora de plasma que utiliza una tecnología

de arco eléctrico de baja frecuencia, y da un esquema detallado del proceso de corte. La

fuente de alimentación de la maquina cortadora, utiliza un controlador TMS320F2812

para controlar el sistema de poder entero, y utiliza un chip UC3854 para un circuito que

corrige el factor de potencia. Cuando se compara con una fuente de alimentación de una

cortadora tradicional, el diseño de la fuente de alimentación de la cortadora de plasma

tiene una estructura simple, consumo de energía bajo, menor interferencia

electromagnética, etc. Adicionalmente, el sistema de energía ha sido modelado y

simulado, y se construyó un prototipo y verifico. El esquemático de este artículo está en

la Figura 12.[9]



Figura 12.- Fuente de alimentacion de una cortadora de plasmade frecuencia no alta

Comparada con la tecnología de arco eléctrico de alta frecuencia tradicional, la estructura

del circuito de ignición del arco de frecuencia no alta es simple, con menos perdidas,

menos demanda de rendimiento en los switches y su aplicación tiene buenas perspectivas.

En la Figura 12 se muestra el diseño de la fuente de alimentación de la tecnología de

frecuencia no alta para el arco eléctrico. Con el fin de suprimir la interferencia común de

entrada de la fuente de energía, esta será suprimida en las bobinas magnéticas que pueden

filtrar señales de armónicos de alto orden y evitar la interferencia en la red eléctrica. Por

otro lado, el seguimiento del circuito inversor puede proporcionar tensión de corriente

continua estable facilitando el control de la salida de corriente constante de la fuente.

Cuando la corriente pasa através de un regulador PID, este producirá el pulso de control

del circuito inversor. [9]

2.5.- Fuente de alimentación para encender y mantener plasma en un generador reactivo de gas.

En 2008 Ken Tran y Alan Millner propusieron una fuente de alimentación que utiliza la

combinación de dos tipos de controles.[10]

En el artículo proponen un nuevo método de proporcionar ignición de plasma en un

generador de gas reactivo toroidal. Las ventajas de este método incluyen su simplicidad



de control y prevención de daño a los dispositivos semiconductores de la fuente de energía.

El método combina una topología de un condensador serie – paralelo cargado con un

amplio rango de control dinámico. Primero, el inversor resonante de capacitancia en

paralelo con la carga propuesto remplaza el circuito más comúnmente usado teniendo la

carga del plasma en paralelo con la inductancia.

Después, el controlador de la modulación de ancho de pulso (PWM) es remplazado por

un control que combina la modulación de frecuencia de pulso (PFM) y el PWM, como se

muestra en la Figura 13. Esta implementación incluye un inteligente circuito de

protección contra sobre corriente. La combinación provee una robusta excitación de la

carga del plasma haciendo rápidas transiciones entre los extremos de impedancia, y logra

un rango dinámico superior y la estabilidad para encender con éxito, mantener y estabilizar

el plasma durante la operación. La simulación y los resultados experimentales de

laboratorio se presentan y comparan con un estándar de una fuente de alimentación de

plasma de 6.5 kW.[10]

Figura 13.- Modelos de lazo dinámico de corriente, combina PWM y PFM

Este tipo de sistemas de control permite un rápido y preciso cálculo, análisis y simulación de

las cantidades eléctricas esenciales incluyendo las tensiones de los componentes tanto de

voltaje como de corriente, con lo que se acelera el proceso de diseño.



2.6.- Justificación y Objetivos de la Investigación

Justificación

Como se ha visto en la revisión bibliográfica antes explicada, las fuentes de alimentación

comerciales, tienen un rango de parámetros limitados, muy por debajo de los que se

necesitan para una aplicación como de una máquina de Plasma Spray, por otra parte son

de difícil adquisición y por ende el precio de estas aumenta considerablemente si se piden

a medida. Por eso, proponemos el desarrollo de una fuente conmutada para un sistema del

Plasma Spray, ya que este tipo de fuentes nos ofrece una alta eficiencia y menor tamaño,

una alta potencia de operación y un ciclo de trabajo variable. La fabricación con tecnología

propia permitirá disminuir costos y obtener los parámetros deseados.

Objetivos de la investigación

Conforme a lo antes mencionado se propone el siguiente objetivo general:

Diseñar y desarrollar una fuente conmutada para un sistema de Plasma Spray.

Para conseguir este objetivo, se propusieron los siguientes objetivos específicos:

1. Diseñar y desarrollar un circuito de potencia de la fuente conmutada. Este

circuito debe permitir la generación de una corriente pulsada de intensidad alta, la cual

debe ser suficiente para generar un plasma que pueda pulverizar el material de

recubrimiento que se quiera aplicar.

2. Diseñar y desarrollar los circuitos de control de la fuente. Estos circuitos deberán

controlar las dos etapas de la fuente, la de alta corriente con un modulador de ancho de

pulso de baja frecuencia (PWM), y la de alto voltaje con un modulador de ancho de pulso

(PWM) de alta frecuencia. También se desarrollará un circuito para el control de



retroalimentación para la medición de los parámetros que nos proporcionen los otros dos

circuitos.

3. Desarrollar un firmware para el control del sistema. Se trata del conjunto de

instrucciones de programación, que permite al controlador lógico programable (PLC),

controlar mediante una computadora las tarjetas electrónicas de control. Como parte de

este objetivo realizaremos una interfaz de usuario (HMI), que permite la comunicación

entre el usuario y el sistema, como también desplegar la lectura de los parámetros de la

fuente.



Metodología Experimental

En este capítulo describiremos la metodología que seguimos para la realización de las

distintas tarjetas electrónicas, como para la interfaz de usuario y su firmware. Se mostraran

los dispositivos que se implementaron y se explicara la función de cada uno de ellos.

3.1.- Diseño de la tarjeta principal de control para el alto voltaje.

La tarjeta principal de control es un circuito electrónico, basado en un integrado generador

de alta frecuencia, diseñado para obtener voltajes elevados con una frecuencia por encima

de los 25 kHz. En la Figura 14, observamos el esquema de funcionamiento de la fuente

de voltaje, la cual se describirá a continuación.

Figura 14.- Esquema de la topología de la tarjeta de control principal para el alto voltaje



El integrado principal de la tarjeta es un TL494 que incorpora todas las funciones que se

requieren para la construcción de un circuito de control de Modulador de Ancho de Pulso

(PWM) en un solo dispositivo. Diseñado para el control de fuentes de alimentación, nos

ofrece la flexibilidad de adaptar el sistema de circuitos de control de empuje y arrastre a

una fuente de alimentación para una aplicación específica.

El TL494 contiene 2 amplificadores de error, un oscilador ajustable, un comparador de

tiempo muerto, un control de pulso flip-flop, regulador de precisión del 5%, y una salida

de control para el circuito. Este chip nos da la opción de variar la frecuencia a la que

trabajara el PWM, variando simplemente dos terminales con componentes que nos

brinden la frecuencia deseada.

Este integrado debe ser alimentado por un voltaje de 18 V de C.D, el cual tomamos de

una fuente de alimentación que también desarrollamos, la cual explicaremos más adelante.

Este voltaje se toma y se filtra para que el integrado no reciba ruidos de la fuente que le

suministra el voltaje.

Después del chip del PWM, tenemos un Driver TLP250 de la marca Toshiba que consiste

en un diodo emisor y un foto detector integrado, es una unidad de 8 DIP´s. Este es un

driver que funciona para circuitos de IGBT´s o MOS FET de potencia. Soporta un voltaje

de 10-35V, una corriente de 11mA, su corriente de umbral de entrada es de 5mA máximo,

una salida de corriente de +- 1.5A max con un tiempo de switcheo de 1.5 µs. Este driver

se utiliza para ayudar a conmutar el driver, esto es, cuanto el PWM este en estado de “on”,

el driver manda todo el voltaje al MOS FET, y cuando esté en estado de “off”, el driver

lleva a 0 el voltaje y el MOS FET por lo tanto deja de trabajar, nunca lo deja en un punto

medio y con esto ayuda a ser eficiente la etapa de conmutación. El driver tiene una

protección contra sobrevoltaje, mediante unos diodos tipo zener se le da la protección al

driver y evitar que el MOS FET quede en estado ON u OFF permanentemente en lo que

se detecta la falla. Estos diodos limitan el voltaje a la entrada del driver.



El MOS FET que se eligió es un MOS FET de potencia IRFP260N, soporta un voltaje de

200V y una corriente de 50 A, tiene una velocidad de switcheo rápida y proporciona un

dispositivo extremadamente eficiente y fiable para su uso en una amplia variedad de

aplicaciones. El tipo de diseño TO-247 se utiliza en aplicaciones con niveles muy altos de

energía. Este dispositivo manda los pulsos a un transformador de núcleo de ferrita, el cual

nos dará una salida de alto voltaje de C.D. pulsada.

Los núcleos de ferrita son de un óxido formado por hierro, manganeso y zinc. Tienen baja

coercitividad, por sus pérdidas relativamente bajas a alta frecuencia, son muy utilizadas

en fuentes de alimentación auto conmutadas y transformadores e inductancias de radio

frecuencia. Estos tipos de núcleo tienen alta permeabilidad, buenas propiedades térmicas

y baja desalineación. Los materiales para circuitos de potencia generalmente se utilizan

en transformadores de alta frecuencia. En tal caso, las propiedades más importantes son

la alta densidad de flujo y/o bajas pérdidas del núcleo. La permeabilidad tiene menor

importancia debido a su variación dentro del rango de flujo en condiciones de operación.

En comparación con los núcleos de hierro, los transformadores de núcleo de ferrita

permite tener una alta frecuencia sin que se sature su núcleo y así disminuir notablemente

el tamaño del transformador. Este transformador es alimentado con un voltaje de +12V y

junto con la señal del MOS FET se puede generar de 0 a 2500V de C.D pulsada de salida.

3.2.- Diseño de la tarjeta principal para el control de alta corriente.

La tarjeta principal de control para alta corriente es un circuito electrónico basado en un

PWM de baja frecuencia generado por unos amplificadores operacionales. Esta tarjeta está

diseñada para controlar los dispositivos de potencia de nuestra fuente. En la Figura 15,

observamos un esquema de la topología general que utilizamos para la generación de alta

corriente y su control.



Figura 15.- Esquema de la topología de la tarjeta de control de alta corriente

Esta tarjeta se alimenta de dos señales, una de un voltaje de +12, -12 V y GND (tierra) y

una señal de corriente alterna que se necesita para la generación del PWM. Esta

alimentación es tomada de la tarjeta que posteriormente se describirá.

Para la generación del PWM a baja frecuencia se utilizaron amplificadores operacionales

TL084, se trata de un integrado de bajo consumo de energía, un modo de ancho común y

diferentes rangos de voltajes, protección contra corto circuito en la salida y alta

impedancia de entrada. Cada uno de estos amplificadores operacionales tiene una entrada

incorporada de JFET, JFET de alta tensión y transistores bipolares en un circuito integrado

monolítico. Los dispositivos cuentan con altas velocidades de respuesta, baja polarización

de entrada y las corrientes, y coeficiente de temperatura de la tensión de offset bajo

compensados. También tiene opciones de ajuste de compensación y compensación

externa. Con estos amplificadores operacionales se generaran distintas señales como

ondas cuadradas, ondas triangulares y dientes de sierra, los cuales al hacer operaciones

entre estas señales nos generara un PWM de baja frecuencia, debido a que usamos señales

con frecuencia igual a las del suministro de energía eléctrica.



Después de obtener el arreglo del PWM, se llevara esa señal a un SCR de potencia capaz

de soportar hasta 250 A, en donde la señal del PWM se enviara atreves de un acoplamiento

electromagnético como protección de la tarjeta para no recibir una descarga de la parte de

potencia hacia la tarjeta de control de este circuito. Un rectificador controlado de silicio

(SCR, rectificador controlado de silicio) es un dispositivo de tres terminales usado para

controlar corrientes más bien altas para una carga.

Un SCR actúa a semejanza de un interruptor. Cuando está encendido (ON), hay una

trayectoria de flujo de corriente de baja resistencia del ánodo al cátodo. Actúa entonces

como un interruptor cerrado. Cuando está apagado (OFF), no puede haber flujo de

corriente del ánodo al cátodo. Por tanto, actúa como un interruptor abierto. Dado que es

un dispositivo de estado só1ido, la acción de conmutación de un SCR es muy rápida. Si

la alimentación de voltaje es de C.A, el SCR pasa una cierta parte del tiempo del ciclo de

C.A en el estado ON, y el resto del tiempo en el estado OFF. Para una fuente de 60-Hz de

C.A, el tiempo del ciclo es de 16.67 ms. Son estos 16.67 ms los que se dividen entre el

tiempo que está en ON y el tiempo que está en OFF. La cantidad de tiempo que está en

cada estado es controlado por el disparador.

Si una porción pequeña del tiempo está en el estado ON, la corriente promedio que pasa

a la carga es pequeña. Esto es porque la corriente puede fluir de la fuente, a través del

SCR, y a la carga, só1o por una porción relativamente pequeña del tiempo. Si la señal de

la compuerta es cambiada para hacer que el SCR este en ON por un periodo más largo del

tiempo, entonces la corriente de carga promedio será mayor. Esto es porque la corriente

ahora puede fluir de la fuente, a través del SCR, y a la carga, por un tiempo relativamente

mayor. De esta manera, la corriente para la carga puede variarse ajustando la porción del

tiempo del ciclo que el SCR permanece encendido. Como lo sugiere su nombre, el SCR

es un rectificador, por lo que pasa corriente sólo durante los semiciclos positivos de la

fuente de C.A. El semiciclo positivo es el semiciclo en que el ánodo del SCR es más

positivo que el cátodo. Durante la otra mitad del ciclo, la polaridad de la fuente es negativa,

y esta polaridad negativa hace que el SCR tenga polarizaci6n inversa, evitando el paso de

cualquier corriente a la carga.



Aparte de la señal del PWM, el SCR está conectado a un transformador de potencia capaz

de proporcionar cerca de 225 A, este transformador tiene un ciclo de trabajo del 20%, lo

cual nos dice que por cada 10 minutos, solo 2 minutos puede estar a plena carga

trabajando. Es un transformador de acero-silicio, que, a diferencia del utilizado para la

fuente de alto voltaje, se maneja a 60 Hz, lo cual nos permite que sea de este material. El

conjunto de todos estos dispositivos nos dan como resultado una salida de alta corriente

cercana a los 225 A.

3.3.- Diseño de la tarjeta de alimentación

La tarjeta de alimentación para las PCB´s de control tanto de corriente como de voltaje,

es un circuito electrónico diseñado para darle energía a las tarjetas principales, es un

circuito el cual nos da como salidas controladas de C.D. con voltajes estables de +12, -12,

+5, -5 y 18 V y una salida de C.A. necesaria para una de las PCB´s principales. Este

circuito se tuvo que fabricar debido a que las otras tarjetas de control principal no tenían

que tener variaciones o que estas fueran mínimas. Se muestra el esquema de la tarjeta en

la Figura 16.

Figura 16.- Esquema de topología de tarjeta de alimentación principal



En este circuito se utilizan transformadores de 127 V a 24 V, en donde después de obtener

los 24 V rectificamos y filtramos este voltaje para después llevarlos a los reguladores de

voltaje. Estos reguladores de voltaje son circuitos integrados diseñados como reguladores

que reparan el voltaje de una amplia variedad de aplicaciones. Estos reguladores emplean

una corriente límite interna, protección térmica y compensación. Con un adecuado

disipador de calor pueden manejar salidas que pasan 1 A. Estos dispositivos como su

nombre lo dicen regulan el voltaje haciendo que siempre se mantenga constante en la

salida de esta tarjeta.

3.4.- Diseño de la tarjeta de acondicionamiento de señales.

Debido a que en nuestras tarjetas principales debemos tener un buen control tanto de

corriente como de voltaje, y la fuente debe ser capaz de tener una lectura de sus

parámetros, para poder controlarla, se diseñó el acondicionamiento de señales de los dos

parámetros, esto es, una manera de medir el alto voltaje que se generara de una de las

tarjetas principales (0-2500V), donde mediante un arreglo opto acoplado obtenemos una

lectura, capaz de leerse por un voltímetro común.

En la parte del acondicionamiento de señales de la parte de potencia (alta corriente), con

la ayuda de una bobina de efecto Hall, censamos la corriente que pasa a través del SCR,

y esa señal de corriente, la traducimos en una señal de voltaje manejable para nuestra

tarjeta y con ella saber cuánto amperaje fluye por el transformador de acero. A

continuación, en la Figura 17 se explica del funcionamiento de esta tarjeta.



Figura 17.- Esquema de funcionamiento de la tarjeta de acondicionamiento de señales de la

fuente.

En esta tarjeta también se debe tener un voltaje de entrada constante hacia la etapa del

acondicionamiento de señales. Nosotros mandaremos a abrir un determinado porcentaje

nuestro ancho de pulso, en cualquiera de las dos tarjetas principales, este mandara sus

señales a sus respectivos dispositivos los cuales generaran un voltaje o corriente dada por

el usuario, estos parámetros serán leídos por nuestros sensores y se mandara la señal a la

tarjeta, la cual, si el parámetro no es el deseado, mandara a abrir o cerrar el PWM de la

tarjeta en donde el valor no era el correcto. Esto es, la tarjeta de acondicionamiento de

señales será nuestra retroalimentación hacia las demás tarjetas.

3.5.- Diseño de la Interfaz de Usuario

En este segmento describiremos cómo funciona la interfaz de usuario que desarrollamos

para la fuente conmutada, ya que se podrá controlar de dos maneras, de forma manual,

esto quiere decir que, el PWM de las dos tarjetas de control, se variara mediante unas



resistencias variables, o se controlara mediante un PLC de forma automática. A

continuación veremos el esquemático de cómo funciona dicha interfaz en la Figura 18.

Figura 18.- Esquema de funcionamiento del HMI

En la parte de automatización se utiliza como elemento principal un Controlador Lógico

Programable (PLC, por sus siglas en ingles), que es una computadora utilizada en la

ingeniería automática o automatización industrial, para automatizar procesos

electromecánicos, tales como el control de la maquinaria de la fábrica en líneas de montaje

o atracciones mecánicas.

Los PLC son utilizados en muchas industrias y máquinas. A diferencia de las

computadoras de propósito general, el PLC está diseñado para múltiples señales de



entrada y de salida, rangos de temperatura ampliados, inmunidad al ruido eléctrico y

resistencia a la vibración y al impacto. Los programas para el control de funcionamiento

de la máquina se suelen almacenar en baterías copia de seguridad o en memorias no

volátiles. Un PLC es un ejemplo de un sistema de tiempo real, donde los resultados de

salida deben ser producidos en respuesta a las condiciones de entrada dentro de un tiempo

limitado, de lo contrario no producirá el resultado deseado

Debido a que cada PLC tiene su propio software de programación y su propio software

para generar HMI por sus siglas en inglés (Human Machine Interface), Interface Maquina

Humano, se describira en un capitulo posterior, la programación de los dos softwares y

los detalles acerca del PLC empleado.

La lógica vista en la Figura 18 muestra el esquema de funcionamiento de la parte principal

de la interfaz de usuario, primero se deberá poner el parámetro deseado para el voltaje,

este se pondrá en esa misma unidad, el voltaje durara solo unos milisegundos debido a

que solo se utiliza para ionizar el gas y así que la corriente tenga un “camino” por donde

pasar y se genere el plasma y con la misma corriente se sigua recalentando el plasma.

Aunque el voltaje solo durara unos milisegundos, el usuario tendrá que poner cuanto

tiempo es el que desea que este el voltaje generándose. Esto se hace porque como la fuente

que se pretende construir es solo una parte de un gran proyecto, debemos dejar margen

para que se puedan mover de los parámetros que se desean.

Después se introduce el parámetro deseado para corriente, en este abra dos opciones,

introducirlo en porcentaje de energía, o en amperes deseados, con el fin de controlar

nuestro plasma. Se pondrá el tiempo que se quiera que dure la ablación y después de poner

este tiempo daremos en el botón de inicio para que se lleve a cabo el proceso.

Una vez iniciado el proceso se dispondrá de la lectura del voltaje generando por la fuente,

después de que el tiempo del voltaje haya pasado, veremos cuanta corriente está

generando. Con ello también se observa el tiempo que transcurre con la fuente trabajando



y tendremos otro indicador para ver el tiempo en que la fuente debe estar en modo

apagado, debido a el ciclo de trabajo del transformador de acero al silicio.



Resultados

En este capítulo se presentan los resultados obtenidos después de la metodología

experimental que trazamos. Se explica el desarrollo de las topologías de inversores

utilizadas para obtener los parámetros que necesita la fuente para el sistema de Plasma

Spray. Se describen las PCB´s construidas con dichas topologías en el Laboratorio de

Tecnología Láser, la programación del firmware y HMI para automatizar dicha fuente, y

el diseño mecánico para la fuente.

4.1.- Desarrollo de Topologías de Inversores

Topología de control para la fuente de alto voltaje

En la Figura 19 se muestra el diagrama eléctrico de la tarjeta de control de voltaje. Tanto

el diagrama esquemático como la tarjeta de circuito impreso de la Interfaz Electrónica

fueron realizados con el software Altium Designer v2013.

La tarjeta tiene dimensiones de 21.9 cm x 14.2 cm, es de capa sencilla, tiene 26

componentes electrónicos incorporados, cuenta con 83 pads de los componentes y 283

pistas. Además tiene incorporado un polígono de Tierra (GND) en la capa que previene al

circuito de inductancias parasitas, ofreciendo un blindaje a todo el circuito impreso. Cabe

mencionar que las PCB´s de esta fuente, fueron creadas desde cero en el Laboratorio de

Tecnología Láser, dando así como resultado una metodología para la impresión de

circuitos de una capa, en este Laboratorio.



Figura 19.- Topología del Control para la fuente de alto voltaje.



Figura 20.- Diseño de PCB para la tarjeta de control de alto voltaje vista superior

Figura 21.- Diseño de PCB para la tarjeta de control de alto voltaje vista inferior

En la Figura 20 se muestra el diseño del PCB de la Interfaz electrónica de la tarjeta

generadora de alto voltaje, y en la Figura 21 se muestra la vista de la parte inferior en

donde están las pistas de la tarjeta. En la Figura 22 observamos el desarrollo de PCB real



con los componentes montados. En la Figura 23 mostramos la tarjeta por la parte

posterior, en donde vemos como es el acabado de las pistas de manera real.

Figura 22.- Desarrollo de PCB para la tarjeta de control de alto voltaje vista superior

Figura 23.- Desarrollo de PCB para la tarjeta de control de alto voltaje vista inferior

En la Figura 24, se muestra la señal del PWM de alta frecuencia, podemos observar que

está cerca de los 25 kHz de frecuencia, y es el responsable de poder controlar el voltaje de

salida de la tarjeta.



Figura 24.- PWM de alta frecuencia para fuente de alto voltaje

Topología de control para la fuente de alta corriente

En la Figura 25 se muestra la topología de control (diagrama eléctrico) del diseño final

del control para el circuito de alta corriente y cada uno de los componentes electrónicos

utilizados para la implementación de nuestro control. Esta tarjeta está diseñada para

controlar cualquier parámetro de corriente, ya que fue diseñada para no permitir el pase

de corrientes elevadas y solo sea para controlar la etapa de potencia de la topología usada.



Figura 25 Topología de control para la fuente de alta corriente



La tarjeta de circuito impreso tiene dimensiones de 14.8 cm x 11.4 cm, es capa sencilla,

tiene incorporados 34 componentes electrónicos, cuenta con 110 pines, en su totalidad, de

los pads de los componentes y 419 pistas distribuidas en toda la tarjeta. Además tiene

incorporado un polígono de Tierra (GND) en la tarjeta que previene inductancias

parasitas, ofreciendo un blindaje al circuito impreso.

Figura 26 Diseño de PCB para la tarjeta de control de alta corriente vista superior

Figura 27 Diseño de PCB para la tarjeta de control de alta corriente vista inferior



En la Figura 26 se muestra el diseño de la tarjeta del circuito impreso de la parte superior

de la tarjeta de control de alta corriente realizado en el software donde se realizó el

esquemático, y en la Figura 27 se muestra el acomodo de las pistas del circuito diseñado.

Figura 28 Desarrollo de PCB para la tarjeta de control de alta corriente vista superior

Figura 29 Desarrollo de PCB para la tarjeta de control de alta corriente vista inferior

En la Figura 28 y en la Figura 29 se muestra la tarjeta de circuito impreso real con los

componentes montados y por la parte inferior mostrando el acabado del estañado que se

realizó a la tarjeta.



Figura 30 Señal de PWM del control de alta corriente

En la Figura 30 se muestra la señal del PWM de la tarjeta de control de la topología que

nos da el parámetro de alta corriente, cabe mencionar que utilizamos una topología de

media onda, la cual reduce los componentes de potencia, sacrificando algo de eficiencia,

pero ahorrando en costos para el prototipo.

4.2.- Desarrollo de topología de la fuente de alimentación.

En la Figura 31 se muestra el diagrama esquemático del diseño de la tarjeta de

alimentación a las tarjetas principales de control. Para este diseño se utilizó el software

Altium Designer v2013, tanto para el circuito impreso como del diagrama esquemático.



Figura 31 Topología de fuente de alimentación para tarjetas de control



La tarjeta tiene unas dimensiones de 17.96 cm x 12.53 cm, es una PCB de capa sencilla,

tiene incorporados 28 componentes electrónicos, cuenta con 67 pads de los mismos

componentes y cuenta con 215 pistas distribuidas en dicha tarjeta. Tiene también

incorporado un polígono de Tierra (GND) en la capa inferior que previene al circuito de

inductancias parasitas, ofreciendo un blindaje a todo el circuito impreso.

Figura 32 Diseño de PCB para la tarjeta de alimentación vista superior

Figura 33 Diseño de PCB para la tarjeta de alimentación vista inferior

La Figura 32 y la Figura 33 muestran ambos lados del diseño generado por el software

de nuestra tarjeta de alimentación y en la Figura 34 y en la Figura 35 se muestra la tarjeta



real ya terminada, de la misma manera muestra los dos lados de esta tarjeta. Esta tarjeta

da una salida constante de +12, -12, +5 y -5 Volts y otra salida de 18 V.

Figura 34 Desarrollo de PCB para la tarjeta de alimentación vista superior

Figura 35 Desarrollo de PCB para la tarjeta de alimentación vista inferior

4.3.- Desarrollo de la topología para la tarjeta de Acondicionamiento de Señales.

En la Figura 36 se muestra el diagrama eléctrico del diseño final de esta tarjeta, que

explicamos su funcionamiento en apartados anteriores. Tanto el diagrama esquemático



como la tarjeta de circuito impreso de la interfaz electrónica fueron realizados en el

software Altium Designer v2013.

Figura 36 Diagrama de acondicionamiento de Señales para la lectura de Voltaje y Corriente



La tarjeta tiene unas dimensiones de 16.56 cm x 14.26 cm, esta tarjeta es de capa sencilla,

tiene incorporados 43 componentes electrónicos, cuenta con 146 pads de los componentes

y tiene un trazado de 446 pistas distribuidas por toda la tarjeta, cuenta con un polígono de

Tierra (GND). En la Figura 37 y en la Figura 38 se muestran el diseño por ambos lados

del circuito impreso, en donde se observa la distribución de todos los componentes y la

corrida de las pistas de esta tarjeta.

Figura 37 Diseño de PCB para la tarjeta de acondicionamiento de señales vista superior

Figura 38 Diseño de PCB para la tarjeta de acondicionamiento de señales vista inferior



En la Figura 39 se muestra la tarjeta de circuito impreso real con los componentes

montados y en la Figura 40, se muestra la tarjeta por el lado de abajo, en donde se pueden

observar las pistas.

Figura 39 Desarrollo de PCB para la tarjeta de acondicionamiento de señales vista superior

Figura 40 Desarrollo de PCB para la tarjeta de acondicionamiento de señales vista inferior



4.4.- Diseño y desarrollo del Firmware

El firmware para la automatización del sistema fue diseñado en el software RSLogix 500,

en el software llamado RSView 32 desarrollamos nuestra interfaz gráfica para que el

usuario acceda sin tener ningún problema, softwares de los cuales programamos debido a

que el PLC que utilizamos es un SLC 500 de la marca Rockwell Automation.

La interfaz de usuario consta de 9 pantallas dinámicas, constan de botones, indicadores

numéricos, LED´s y áreas de gráficas para observar si hay alguna perturbación, si no se

está al pendiente de la pantalla o hay alguna falla. Todo este conjunto de elementos

permiten al usuario de dicho sistema una interacción oportuna, intuitiva y en tiempo real

con los parámetros de la fuente. Los botones están implementados para accionarse con el

mouse de la computadora y seleccionar los cuadros de dialogo en donde introduciremos

los parámetros deseados.

A continuación se describirá el funcionamiento de las pantallas de la interfaz.

Figura 41 Pantalla principal del HMI

Pantalla principal del HMI: En este panel se muestra los botones para acceder a las

8 pantallas restantes, de las cuales solo se utilizaran, hablando en lo que a la fuente se



refiere, 3 botones, el botón de Inicio, Voltaje y Corriente. También se desplegara alado de

cada parámetro del sistema un indicador que, si en algún caso nosotros regresáramos a

esta pantalla, podríamos observar las lecturas de los parámetros correspondientes. Todo

esto se muestra en la Figura 41.

Figura 42 Pantalla de HMI para controlar y graficar el voltaje

Pantalla de control de alto voltaje: En esta pantalla se muestran indicadores de las

diferentes variables de este parámetro, como son, el Set Point (SP), la Variable del Proceso

(PV), la Variable de Control (CV), el modo en el que se operara ya sea Manual o

Automático, que tipo de error se quiere ver, Increase-Increase o Increase-Decrease, el

porcentaje del error y la gráfica en tiempo real de este parámetro. En el sistema

deshabilitamos el modo Manual, es decir, no se puede introducir cuanto voltaje se desea

en porcentaje, esto debido a que deshabilitamos el PID del sistema de voltaje, ya que como

la respuesta a el voltaje solo estará unos milisegundos, si se tuviera el PID, no sería capaz

de llegar al punto que se le pide en tan poco tiempo y por eso lo dejamos en lazo abierto

este parámetro. Todo lo descrito lo podemos ver en la Figura 42.



Figura 43 Pantalla de HMI para controlar y graficar la corriente

Pantalla de control de alta corriente: En esta pantalla se muestran indicadores de

las diferentes variables de este parámetro, como son, el Set Point (SP), la Variable del

Proceso (PV), la Variable de Control (CV), el modo en el que se operara ya sea Manual o

Automático, que tipo de error se quiere ver, Increase-Increase o Increase-Decrease, el

porcentaje del error y la gráfica en tiempo real de este parámetro. En este sistema el modo

tanto manual como del automático. En el modo manual se meterán los parámetros

deseados en porcentaje, estamos hablando del porcentaje del PWM de la tarjeta de control

para alta corriente (0-100%). En el modo automático simplemente se introducirá cuanto

amperaje se quiere tener en la salida de la fuente, entrando el PID a trabajar para que

siempre se mantenga ese parámetro constante (en este caso de 0 a 225 Amperes máximo).

Todo lo descrito lo podemos ver en la Figura 43.



Figura 44 Pantalla principal para control de fuente en general

Pantalla de inicio de ablación: En esta pantalla tenemos en la parte superior los

botones con los parámetros a controlar, si uno da clic sobre uno, este nos mandara a la

pantalla principal de dicho parámetro. Los indicadores mostraran cuando las fuentes tanto

de voltaje como de corriente estén encendidas, esto con el afán de tener cuidado en no

tocar las salidas de cualquiera de las dos partes que estén funcionando. Se tiene los valores

de entrada en donde el usuario pondrá en la entrada de voltaje, cual es el voltaje que desea

en la salida de la fuente. Y por el lado de la entrada de corriente, el usuario podrá elegir,

si desea introducir el amperaje que se desea, las unidades deben estar como tal, en

amperes, en dado caso que no esté en esa unidad, deberá dirigirse a la pantalla principal

de corriente y cambiar de modo manual al automático y regresar a esta pantalla. En dado

caso que se quiera meter en porcentaje, la unidad deberá tener el símbolo del porciento

(%), y si no, esta debe cambiarse a modo manual.

Esta la entrada del tiempo que se desea que funcione la fuente, en esta parte los tiempos

deben darse en milisegundos debido a que se utiliza un mismo timer para las dos fuentes,

para que sea una manera de proteger la pistola en donde se generará el plasma. Tenemos

los indicadores de los parámetros que nos dan la lectura en sus unidades correspondientes,

y también tenemos dos indicadores de timer, uno indica el tiempo en el que esta la fuente



funcionando, tanto la de voltaje como la de corriente. Como el transformador tiene un

ciclo de trabajo del 20 %, la fuente debe permanecer por cada 2 minutos a plena carga, 8

minutos de descanso para que no se sobre caliente este transformador. Tenemos por último

los botones de inicio del proceso y de paro del proceso.

Estas son las 4 pantallas con las que se controla nuestra fuente del sistema.

Adicionalmente se contemplaron 5 pantallas más para que en un futuro se programen

pantallas en la interfaz que son: nivel de gas, presión de gas, nivel de agua, presión de

agua y temperatura de llama.

4.5.- Unificación del sistema

El sistema unificado consta de 3 niveles, el primero es el nivel de la automatización, aquí

se encuentra el PLC, los transformadores que alimentan a las tarjetas de control tanto de

voltaje como de corriente, y también la tarjeta de acondicionamiento de señales. Cuenta

con dos contactores, uno de 220 V y el otro de 110 V; el contactor de 220 V, alimenta

toda la parte de potencia de la topología de alta corriente, mientras que el otro contactor,

alimenta todo el sistema restante, tanto PLC, como transformadores alimentadores. Aquí

mismo se muestra la botonera de control para el contactor de 110 V y el PLC. Todo esto

se muestra en la Figura 45.

Figura 45 Primer nivel de la fuente

En el segundo nivel, mostrado en la Figura 46, se muestran las tarjetas electrónicas

montadas e interconectadas entre sí, en las cuales se tuvo la precaución de dejarlas



suspendidas sin que toquen la base, aunque todo el material utilizado para la interconexión

de las mismas es material no conductor, esto precisamente para evitar daños en las tarjetas,

ruido electrónico de tarjeta a tarjeta y para evitar accidentes.

Figura 46 Segundo nivel, tarjetas electrónicas interconectadas

En el tercer nivel observado en la Figura 47, están los componentes de potencia: el

transformador de acero al silicio, utilizado para generar la alta corriente, el SCR de

potencia atornillado a un disipador de calor y envuelto en papel aislante para evitar

cualquier contacto con la carcasa de la fuente y la bobina de efecto Hall que se utiliza para

censar que tanta corriente pasa por el SCR, y poder convertir esa señal en una medida,

para interpretarlas en las unidades correspondientes.

Figura 47 Tercer nivel, parte de potencia de la fuente



Figura 48 Unificación final de la fuente

En la Figura 48, mostramos la fuente cerrada completamente. Cabe mencionar que en la

parte de un costado cuenta con 3 botones, un arranque y un paro para el sistema de

potencia (220 V), y un botón de paro de emergencia. Del otro costado se encuentra un

contacto para conectar la PC que tendrá el HMI y su puerto para enlazar al PLC.



4.6.- Pruebas a la fuente

En la comprobación de resultados se utilizaron 2 equipos comerciales, para calibrar y

sintonizar el sistema.

VOLTMETRO DE ALTO VOLTAJE

Características

Marca: Master Instrument

Modelo: MIHV40

Resistencia de entrada: Aprox. 1000 MΩ

Relación de transformación: 1000:1

Voltaje Máximo de trabajo: 40 kV dc o pico de ac de 28 kV rms

Precisión: DC volts: ± 1% (1 kV a 20 kV), ±2% (20 kV a 40 kV)

AC volts: Típicamente 5% a 60 Hz

Temperatura de operación: 0 °C a +50 °C

AMPERMETRO DE GANCHO FLUKE 337

Marca: Fluke

Modelo: 337

Corriente de AC: 999.9 A.

Voltaje de AC: 600 V

Continuidad: ≤ 30 Ω

Corriente de DC: 999.9 A.

Voltaje de DC: 600 V

Resistencia: 600 Ω

Corriente Inrush: 100 ms

Temperatura de operación: -14 to 122ºF (-10 to 50ºC)

En la Figura 49, mostramos el resultado obtenido de la fuente de alto voltaje, la topología

que utilizamos, dio una respuesta tal que con el 7% del ciclo de trabajo la fuente generaba

cerca de los 1.5 kV de C.D. y con el 17% del ciclo de trabajo esta misma fuente generaba



cerca de los 4.5 kV de C.D.; la tarjeta de control para este trabajo es capaz de generar

hasta 6 kV de C.D, como en nuestro caso el parámetro deseado está dentro de 1 kV,

decidimos limitar la fuente a 2.5 kV.

Figura 49 Relación de ciclo de trabajo con el voltaje

En la Tabla 2 se muestra la comparación entre el voltmetro de alta tensión contra los valores

dados por la tarjeta de acondicionamiento de señales, cabe mencionar que lo valores no son

exactos debido a que por los tiempos cortos en los que se ioniza el gas (ms) en donde está

presente el voltaje, el control PID tardaría más en llegar al valor deseado que en lo que el

voltaje regresaría a cero, por esto dejamos este parámetro en lazo abierto. Las diferencias

entre los valores en PC y los de las medidas realizadas por los aparatos de medición, se

reducirán recalibrando la tarjeta mediante un potenciómetro variable.



Tabla 1 Comparación entre voltímetro de alta tensión contra el valor de la tarjeta de

acondicionamiento de señales

En la Figura 50, se muestra un amperímetro de gancho que mide corriente directa, el cual

está en una de las terminales que salen de la fuente de potencia, el cual nos está brindando

en el momento de la prueba una corriente de 186.9 A de corriente directa pulsada. En la

Tabla 2 observamos la comparación de los valores medidos por el amperímetro antes

descrito y la tarjeta de acondicionamiento de señales fabricada para el sistema.

Las pruebas realizadas a la parte de alta corriente son pruebas en corto circuito.

500 732.22 753

600 846.82 851

700 961.79 951

800 1073.87 1044

900 1190.55 1171

1000 1299.35 1268

1100 1375.22 1305

1200 1390.94 1384

1300 1427.89 1458

1400 1503.37 1546

1500 1585.19 1628

1600 1682.39 1704

1700 1703.49 1768

1800 1784.39 1821

1900 1821.17 1852

2000 1934.52 1954

2100 1993.83 2031

2200 2075.62 2135

2300 2173.49 2240

2400 2239.28 2310

2500 2310.02 2390

Valor en PC

(Volts CD)INPUT

Valor dado por

voltmetro de

alta tension

(Volts CD)



Figura 50 Alta Corriente dada por la fuente de potencia

Tabla 2 Comparación de valores medidos por el amperímetro de gancho marca fluke y la tarjeta de

acondicionamiento de señales del sistema.

10 68.1 79.08

20 68.3 79.1

30 68.5 79.19

40 68.9 79.48

50 69.1 79.75

60 69.6 79.91

65 125.5 134.48

70 130.3 138.73

75 146.6 151.69

80 167.3 164.83

85 183.7 182.14

90 184.1 183.7

95 185.7 184.32

100 186.9 185.28

Valor con

Amp. De

gancho fluke

(Amperes CD)

% PWMValor en PC

(Amperes CD)



Conclusiones

Se diseñó y construyó una tarjeta electrónica para generar un alto voltaje, hasta 2.5 kV

de C.D, la cual nos permitirá ionizar un gas para la generación de un plasma, con el cual

se podrán recubrir cualquier tipo de piezas que el usuario requiera, con el tratamiento que

se indique. Esta tarjeta es controlada por un integrado generador de PWM, el cual oscila

una frecuencia de 25kHz, ya que al aumentar la frecuencia en la que se conmuta se utiliza

un transformador de núcleo de ferrita, con lo cual disminuye el peso y tamaño de la

fuente.

Se diseñó y construyó una tarjeta electrónica de control y una topología, la cual nos

permite obtener una corriente de hasta 225 A de C.D, mediante un SCR de potencia y un

transformador de núcleo de acero al silicio con esa misma capacidad. Esta fuente está

controlada con un PWM mediante amplificadores operacionales.

Se desarrolló un código de programación para el PLC SLC 500, quien establece la

comunicación entre la interfaz de usuario y los distintos periféricos de la fuente. Cabe

mencionar que se utilizó un PLC para el control del sistema, debido a que los voltajes y

corrientes elevadas podrían dañar o tener un mal funcionamiento de un microcontrolador

y porque el lenguaje de programación de un PLC ayudara más a este proyecto ya que se

quiere lograr fabricar un sistema de plasma spray completo, y en las siguientes etapas

esto será de gran ayuda para los que complementen dicho sistema.

Se desarrolló una interfaz de usuario que permite el acceso a los parámetros de la fuente

(voltaje, corriente y tiempos en los que estos están presentes). Con esta interfaz se podrá

controlar la fuente desde una PC, se podrá tener lectura de los parámetros de la fuente, y

si se desea una gráfica del comportamiento de estos parámetros. La interfaz permitirá

introducir las variables necesarias para completar el sistema, como son nivel y presión de

agua, nivel y presión de gas, temperatura del plasma, entre otros.



El desarrollo de este sistema de alimentación (tarjetas electrónicas, firmware e interfaz

de usuario) se utilizara para completar un sistema de pulverización por plasma spray, en

donde el laboratorio cuenta con la pistola de ablación para dicha técnica. En los trabajos

futuros tendrá que diseñar y desarrollar el sistema de enfriamiento, el sistema de entrada

del gas que se ionizara, un sistema para medir la temperatura de la llama del plasma y la

puesta a punto de la pistola para la ablación.



Productos

Evento Local

2do Coloquio de ciencia y tecnología

“Diseño y desarrollo de una fuente conmutada para un sistema de plasma

spray” Poster. Altamira, Tamaulipas. Dic 2013

Coloquio Interno Enero – Junio 2014

“Diseño y desarrollo de una fuente conmutada para una sistema de plasma

spray” Poster. Altamira, Tamaulipas. Jun 2014

Evento Nacional

26° Encuentro Nacional de Investigación Científica y Tecnológica del Golfo de

México.

“Fuente conmutada para sistema de plasma spray” Poster. Tampico,

Tamaulipas. May 2014

Evento Internacional

Taller de Emprendedores e Innovación en Ciencia y Tecnología Fotonica para

Latinoamérica.

“Power Source of Thermal Spray Equipment” Poster. Tampico,

Tamaulipas. Oct 2012.

Publicaciones

Artículo en memorias de congreso internacional.

I. Chiu, E. de Posada, L. Ponce, Power Source of Thermal Spray

Equipment (Plasma Spray / Electric Arc), Taller de emprendedores e

innovación en ciencia y tecnología fotonica para latinoamerica, Pag. 91-

97.



5.2.- Arquitectura y funcionamiento del controlador modular SLC 500[11]

La línea de controladores SLC 500 ofrece una amplia flexibilidad para los requisitos de

los sistemas de control, ya que están compuestos de una arquitectura modular, la cual se

compone de diferentes procesadores, módulos de E / S digitales, módulos de E / S

analógicos, módulos especiales, etc.

Características generales de los controladores SLC 500

Capacidad para configuraciones de E/S de hasta 3 chasis (30 ranuras) de E/S.

Proporciona flexibilidad para ampliar la capacidad de E/S según sea necesario.

Amplia gama de módulos de entrada y salida. El sistema de E/S modular 1746 ofrece

más de 46 tipos de módulos, permitiendo así personalizar la solución de control para

satisfacer las necesidades de cualquier aplicación.

Capacidad para comunicación DH-485. La comunicación a través de la red DH-485

está incorporada en cada procesador.

Proporciona seguridad para el programa seleccionable por el usuario. El amplio

rango de capacidades de protección del sistema permiten proteger contra cambios los

datos del usuario y los archivos de programa.

Proporciona un superior rendimiento efectivo del sistema. Los procesadores

modulares SLC 500 ofrecen un rendimiento efectivo general del sistema con tiempos

rápidos, proporcionando una respuesta rápida en aplicaciones de alta velocidad.



Tiene capacidad para tamaños de memoria para el usuario de 1 a 20 K.

Con el amplio rango de memoria para el usuario que ofrecen, los procesadores modulares

SLC 500 pueden usarse en una amplia serie de aplicaciones.

Capacidad para comunicación Data Highway Plus (DH +) El procesador SLC 5/04

proporciona comunicación de alta velocidad e integración sin interrupciones con la red

más amplia de PLC–5E de Allen-Bradley.

Manejo de un segundo canal para comunicación RS–232 para los procesadores SLC

5/03 y SLC 5/04. Un segundo canal de comunicación RS-232 permite lo siguiente:

Control y programación remotos.

Conexión en red por módems para aplicaciones SCADA RTU.

Conexión alternativa para interfaces de operador, liberando la red de comunicación

entre dispositivos semejantes.

Comunicación directa a dispositivos ASCII tales como decodificadores de código de

barras e impresoras

La Tabla 3 Especificaciones de PLC familia SLC 500 resume las especificaciones

detalladas de la familia SLC 500:

Tabla 3 Especificaciones de PLC familia SLC 500



Opciones de comunicación.

Los procesadores SLC 500 aceptan diferentes tipos de opciones de comunicación. Las

siguientes secciones describen las opciones de conexión física y de protocolos disponibles

para los procesadores SLC 500.

Las opciones de conexión física se especifican a continuación:

Canal DH–485:

Velocidades de comunicación de hasta 19.2 K baudios.

Aislamiento eléctrico a través de 1746-AIC.

Longitud de red máxima de 1219 m (4,000 pies.)

Especificaciones eléctricas RS–485.

Conexión de cable Belden 9842 entre nodos (conexión en cadena.)

Canal RS–232:


Distancia máxima entre dispositivos de 15.24 m (50 pies.)

Especificaciones eléctricas RS–232C.

Soporte de módem.

Canal Data Highway Plus (DH+):


Longitud de red máxima de 3,048 m (10,000 pies.)

Conexión de cable Belden 9463 (Línea Azul) entre nodos (conexión en red.)

Aislamiento incorporado.

Los procesadores SLC 500 ofrecen las siguientes opciones de protocolo:

Protocolo DH485:

El procesador SLC 500 tiene un canal DH–485 que ofrece soporte a la red de

comunicación DH–485. Esta red es un protocolo de red de maestros múltiples, de paso de

testigo, con capacidad de hasta 32 dispositivos (nodos.) Este protocolo permite:



El control de los estados de datos y del procesador, junto con la carga y descarga de

cualquier dispositivo en una red.

El intercambio de datos entre procesadores SLC.

Interacción con los dispositivos de interfaz de operador obteniendo así acceso a datos

desde cualquier procesador SLC en la red.

Protocolo DF1 Full–Duplex:

El protocolo DF1 Full-Duplex (también llamado protocolo punto a punto DF1) permite

que dos dispositivos se comuniquen entre ellos uno a la vez. Este protocolo permite:

La transmisión de información a través de módems (llamada, línea alquilada y radio).

La comunicación entre productos de Allen-Bradley y productos de terceros.

Protocolo DF1 Half–Duplex esclavo:

El protocolo DF1 Half–Duplex esclavo proporciona una red de derivaciones múltiples, de

un solo maestro / esclavos múltiples, con capacidad para 72 dispositivos (nodos.) Este

protocolo también proporciona soporte de módem y es ideal para aplicaciones SCADA

(Control Supervisor y Adquisición de Datos) debido a la capacidad de red. Ya que éste es

un protocolo maestro / esclavo, tiene que haber un dispositivo en la red que esté ejecutando

un protocolo maestro DF1 half–dúplex.

Protocolo ASCII:

El protocolo ASCII proporciona conexión a otros dispositivos ASCII, tales como lectores

de códigos de barra, básculas, impresoras, y otros dispositivos inteligentes.

Protocolo Data Highway Plus (DH+):

El protocolo Data Highway Plus es usado por la familia de procesadores PLC-5 y el

procesador SLC 5/04. Este protocolo es similar al DH-485, con la diferencia que puede

ofrecer soporte a hasta 64 dispositivos (nodos.)



Opción de protección del sistema

Los procesadores de la familia SLC 500 ofrecen una serie de características de seguridad

de hardware y software que permiten proteger al sistema contra cambios no autorizados

al programa o a los archivos de datos. Los diferentes tipos de protección se muestran en

la Tabla 4:

Tabla 4 Tipos de protección de SLC 500

Organización de archivos

5.2.4.1.- Archivos de programa

Los archivos de programa contienen información del controlador, el programa de escalera

principal, subrutinas de interrupción y programas de subrutina. Estos archivos son los

siguientes:

Programa de sistema (archivo 0) – Este archivo contiene información relativa al

sistema e información programada por el usuario tal como el tipo de procesador,

configuración de E / S, nombre del archivo del procesador y contraseña.

Reservado (archivo 1) – Este archivo esta reservado.

Programa de lógica de escalera principal (archivo 2) – Este archivo contiene

instrucciones programadas por el usuario que definen cómo el controlador debe funcionar.

Programa de lógica de escalera de subrutina (archivo 2 al 255) – Estos archivos son

creados por el usuario y accedidos según las instrucciones de subrutina que residen en el

archivo de programa de escalera principal.



5.2.4.2.- Archivo de datos

Los archivos de datos contienen la información de estado asociada con instrucciones de E

/ S y todas las otras instrucciones que se usan en los archivos de programa de lógica de

escalera principal y de subrutina. Además, estos archivos almacenan información acerca

de la operación del procesador. También se pueden usar los archivos para almacenar

“recetas” y buscar tablas, si fuese necesario.

Estos archivos están organizados según el tipo de datos que contienen. Los tipos de

archivo de datos disponibles para el SLC 5/02 son:

Salida (archivo 0) – Este archivo almacena el estado de las terminales de salida para

el controlador.

Entrada (archivo 1) – Este archivo almacena el estado de las terminales de entrada

para el controlador.

Estado (archivo 2) – Este archivo almacena información de operación del

controlador. Este archivo es útil para localizar y corregir fallos de la operación del

controlador y programa.

Bit (archivo 3) – Este archivo se usa para el almacenamiento de la lógica de relé

interno.

Temporizador (archivo 4) – Este archivo almacena los valores del acumulador de

temporizador y preseleccionados además de los bits de estado.

Contador (archivo 5) – Este archivo almacena los valores del acumulador de

temporización y preseleccionados además de los bits de estado.

Control (archivo 6) – Este archivo almacena la longitud, posición de puntero y bits

de estado para instrucciones específicas tales como registros de desplazamiento y

secuenciadores.

Entero (archivo 7) – Este archivo se usa para almacenar valores numéricos o

información de bit.



Organización y direccionamiento de archivos de datos

Para fines de direccionamiento, cada tipo de archivo de datos se identifica con una letra

(identificador) y un número de archivo correspondiente.

Los archivos del 0 al 7 son los archivos predeterminados que los procesadores como el

SLC 5/02 crean por sí solos.

Si se necesita almacenamiento adicional, se pueden crear archivos especificando el

identificador correspondiente y un número de archivo del 9 al 255. Lo referido lo muestra

la Tabla 5

Tabla 5 Tipos de archivos, identificadores y número de archivo.

NOTA: Los tipos de archivo de punto flotante, cadena y ASCII están disponibles únicamente en los

procesadores SLC 5/03, OS301 y otros más. Se asignan direcciones lógicas a instrucciones desde el

nivel más alto (elemento) hasta el nivel más bajo (bit). Los ejemplos de direccionamiento se

muestran en la Tabla 6:

Salida O 0 Bit B

Entrada I 1 Temporizador T

Estado S 2 Contador C

Bit B 3 Control R 9 al 225

Temporizador T 4 Entero N

Contador C 5 Flotante F

Control R 6 Cadena ASCII St

Entero N 7 A

Flotante F 8

Numero de

archivoTipos de archivo Identificador

Numero de

archivoTipos de archivo Identificador



Tabla 6 Ejemplos de direccionamientos

Los archivos de bit son archivos de flujo de bit continuo y, por lo tanto, pueden ser

direccionados de dos maneras: por palabra y por bit, o por bit solamente. La Tabla 7

muestra el bit dentro de un direccionamiento de una estructura.

Tabla 7 Bit dentro de una estructura

Tipo de archivo N

No. De archivo 7

Delimitador de archivo :

No. De palabra 2

N7:2

Tipo de archivo T

No. De archivo 4


No. De estructura 7

Delimitador .

Palabra ACC

T4:7.ACC

Tipo de archivo N

No. De archivo 7


No. De palabra 2

Delimitador de bit /

No. De bit 5

N7:2/5

Tipo de archivo B

No. De archivo 3

Delimitador de bit /

No. De bit 31

B3/31

Un bit dentro de un archivo

entero

Un bit dentro de un archivo

de bit

Parametros de direccionamiento

Una palabra dentro de un

archivo entero

Una palabra dentro de un

archivo de estructura (Ej.

Un archivo temporizador)

Diversas especificaciones

de direccion

Tipo de archivo R

No. De archivo 6


No. De estructura 7

Delimitador /

Mnemónico DN

R6:7/DN

Bit dentro de un

direccionamiento de

estructura (Ej. Un archivo

de control)

Parametros de direccionamientoDiversas especificaciones

de direccion



5.2.5.1.- Archivos de salida y entrada de datos (archivos O:0 y O:1)

Estos archivos representan salidas y entradas externas. Los bits en el archivo 0 representan

las salidas y los bits en el archivo 1 representan las entradas. En la mayoría de los casos,

una sola palabra de 16 bits en estos archivos corresponderá a una ubicación de ranura en

su controlador con los números de bit correspondientes a números de terminal de entrada

o salida. Los bits de la palabra no usados no están disponibles para su uso.

La Tabla 8 explica el formato de direccionamiento para salidas y entradas. Cabe señalar

que el formato específica a “e” como el número de ranura y a “s” como el número de

palabra. Al trabajar con instrucciones de archivo, debe hacerse referencia al elemento

como “e.s” (ranura y palabra) tomados juntos.

Tabla 8 Formato de direccionamiento de entrada y salida.

5.2.5.2.- Archivos de estado (archivo S2:x)

El archivo de estado permite monitorizar cómo funciona el sistema de operación y permite

dirigir como se desea que funcione. Esto se realiza usando el archivo de estado para

configurar interrupciones, cargar programas de módulo de memoria y monitorizar los

fallos de hardware software. Las palabras más importantes del archivo de estado S: para

el SLC 5/02 se dan en la Tabla 9:



Tabla 9 Instrucciones importantes del archivo del estado S:

La Tabla 10 explica el formato de direccionamiento para el archivo de estado:



Tabla 10 Formato de direccionamiento para el archivo de estado

5.2.5.3.- Archivos de datos de bit (B3:x)

El archivo de datos de bit es usado para instrucciones de bit (lógica de relé interna),

registros de desplazamiento y secuenciadores. El tamaño máximo del archivo es de 256

elementos de 1 palabra, un total de 4096 bits. Se pueden direccionar los bits especificando

el número de elemento (0 al 255) y el número de bit (0 al 15) dentro del elemento. También

se pueden direccionar los bits numerándolos secuencialmente, del 0 al 4095.

La Tabla 11 explica el formato de direccionamiento para el archivo de datos de bit.

Tabla 11 Formato de direccionamiento para el archivo de datos bit



5.2.5.4.- Archivos de datos de temporizador (T4:x)

Cada dirección de temporizador se compone de un elemento de 3 palabras, las cuales son:

la palabra de control (0), palabra del valor preseleccionado (1) y la palabra del valor

acumulado (3). El esquema del archivo se muestra en la Figura 51:

Figura 51 Esquema de archivo de Temporizador

Bits direccionables Palabras direccionables

.EN = bit 15 de habilitación (enable bit) .PRE = valor preseleccionado

.TT = bit 14 temporización (timer timing bit) .ACC = valor acumulado

.DN = bit 13 de efectuado (done bit)

La Tabla 12 explica el formato de direccionamiento para el archivo de datos de

temporizador.

Tabla 12 Esquema de direccionamiento del temporizador



5.2.5.5.- Archivos de datos de contador (C5:x)

Cada dirección del contador se compone de un elemento de 3 palabras, las cuales son la

palabra de control (0), la palabra del valor preseleccionado (1) y la palabra del valor

acumulado (3). El esquema del archivo se muestra en la Figura 52:

Figura 52 Esquema de archivo de contador


.CU = Habilitación de conteo progresivo .PRE = valor preseleccionado

.CD = Habilitación de conteo regresivo .ACC = valor acumulado

.DN = Bit de efectuado

.OV = Bit de overflow

.UN = Bit de underflow

.UA = Actualizacion del valor acumulado

La Tabla 13 explica el formato de direccionamiento para el archivo de datos de contador.

Tabla 13 Direccionamiento de bit para contador



5.2.5.6.- Archivos de datos de control (R6:x)

Este archivo se compone de un elemento de 3 palabras, las cuales son la palabra de estado

(0), la palabra de longitud de datos almacenados (1) y la palabra indicadora de posición

(2). El esquema del archivo se muestra en la Figura 53:

Figura 53 Esquema del archivo de datos de control


.EN = habilitación .LEN = longitud de datos almacenados

.EU = habilitación de descarga .POS = indicador de bit o posición

.DN = efectuado

.EM = pila vacia

.ER = error (el código de error se muestra en HEX y no es direccionable)

.UL = descarga (desplazamiento de bit solamente)

.IN = inhibición (bit de marcha RN para instrucciones ASCII)

.FD = encontrado (SQC solamente)

La Tabla 14 explica el formato de direccionamiento para el archivo de datos de

control (R6:).

Tabla 14 Formato de direccionamiento para el archivo de datos de control



5.2.5.7.- Archivo de datos enteros (N7:x)

El uso de estas direcciones (al nivel de bit) está disponible según la requiera el programa

de lógica, hecho por el programador. Estos son elementos de 1 palabra direccionales al

nivel de elemento y bit.

La Tabla 15 explica el formato de direccionamiento para el archivo de datos entero (N7:)

Tabla 15 Formato de direccionamiento para archivo de datos enteros

5.2.5.8.- Modos de direccionamiento validos

Los modos de direccionamiento disponibles para los archivos de datos son los siguientes:

Direccionamiento directo

Los datos almacenados en la dirección especificada se usan en la instrucción. Por ejemplo:

N7:0

T4:0.ACC

Direccionamiento indexado

Se puede especificar una dirección como indexada colocando el carácter “#” al frente de

la dirección. Cuando una dirección de esta forma se encuentra en el programa, el

procesador toma el número de elemento de la dirección y lo suma al valor contenido en el

registro de índice S:24 y usa el resultado como la dirección real. Por ejemplo:



#N7:10 donde S:24 = 15 La dirección real usada por la instrucción es N7:25

Direccionamiento indirecto

Se puede especificar una dirección como indirecta reemplazando el número de archivo,

el número de elemento o el número de subelemento con un símbolo. La dirección de

palabra dentro de los corchetes es encuestada en busca de un valor. Luego, el valor

encuestado se convierte en la porción de archivo, elemento o subelemento de la dirección

indirecta. Por ejemplo:

B3:[N10:2] declara que la dirección de elemento del archivo de bit 3 es contenida en la

dirección N10:2. Por lo tanto, sí N10:2 contiene el valor 5, B3:[N10:2] se refiere

indirectamente a la dirección b3:5. Otros ejemplos incluyen:

N7:[N7:0]

N7[T4:0.ACC]

C5:[N7:0]

Direccionamiento indirecto indexado

Se puede especificar una combinación de direccionamiento indirecto e indexado. El

procesador primero resuelve la porción indirecta de la dirección y luego, añade el Offset

del registro de índice S:24 para crear la dirección final. Por ejemplo:

#N7:[N10:3] donde N10:3 = 20 y S:24 = 15 La dirección real usada es N7:35.

Instrucciones básicas del controlador SLC 500

Este capítulo muestra y explica las principales instrucciones de los controladores de la

línea SLC 500. Se abarca desde las instrucciones tipo relé, pasando por las de comparación

y de cálculo.



En un controlador, el símbolo interno para cualquier entrada es un contacto, ya sea abierto

o cerrado. Cada terminal en el módulo de entrada tiene un número de identificación.

Internamente el controlador representa el estado de la entrada física para cada entrada en

la memoria. Lo mismo sucede con los módulos de salida.

5.2.6.1.- Instrucciones tipo relé XIC, XIO, OTE, OTL, OTU, OSR

a) Uso de las instrucciones tipo relé

Estas instrucciones tipo relé permiten monitorear y controlar el estado de bits en la

tabla de datos, tales como los bits de entrada o los bits de la palabra de control del

temporizador.

Las instrucciones de relé permiten lo siguiente:

Examinar un bit para examinar si una condición está ACTIVADA.

Examinar un bit para examinar si una condición está DESACTIVADA.

Retener un bit ACTIVADO o DESACTIVADO (no retentivo.)

Enclavar un bit a ACTIVADO (retentivo.)

b) Archivos de imagen de E / S en el almacenamiento de datos

- El archivo de imagen de entrada en el procesador almacena el estado de los detectores

conectados a las terminales físicas de los diferentes módulos de entrada del procesador.

Si el detector de entrada está: El bit de imagen de entrada correspondiente está:

Cerrado (activado) Activado (1 lógico)

Abierto (desactivado) Desactivado (0 lógico)

- El archivo de imagen de salida controla el estado de los accionadores cableados a las

terminales físicas de los diferentes módulos de salida del procesador.



Si el bit de imagen de salida está: La salida correspondiente está:

Activado (1 lógico) Activada

Desactivado (0 lógico) Desactivada

Durante la ejecución de cada instrucción, el bit direccionado se examina para verificar su

igualdad con una condición determinada (activada o desactivada.) Si se encuentra una ruta

completa de condiciones verdaderas examinadas, el renglón (rung) se establece como

verdadero.

c) Examine ON (XIC)

Cuando un dispositivo cierra su circuito, el módulo cuya terminal está cableado al

dispositivo detecta el circuito cerrado. El procesador refleja éste estado ACTIVADO en

la tabla de datos de los bits. Cuando el procesador encuentra una instrucción XIC que

direcciona el bit correspondiente a la terminal de entrada, el procesador determina si el

dispositivo está ACTIVADO (cerrado.) Si el procesador encuentra un estado

ACTIVADO, establece la lógica de escalera como verdadera para esta instrucción. Si el

procesador encuentra un estado DESACTIVADO, se establece la lógica como no

verdadera.

Si la instrucción XIC es la única condición en el renglón, el procesador habilita la

instrucción de salida cuando la instrucción XIC es verdadera (entrada cerrada.) El

procesador inhabilita una instrucción de salida cuando la instrucción XIC es falsa (entrada

abierta.)

Estado de la dirección de bit: Estado de la instrucción:

Activado (1 lógico) Verdadera

Desactivado (0 lógico) Falsa



d) Examine Off (XIO)

Cuando un dispositivo abre su circuito, el módulo cuya terminal de entrada está cableada

al dispositivo, detecta un circuito abierto. El procesador refleja este estado

DESACTIVADO en la tabla de datos. Cuando el procesador encuentra una instrucción

XIO que direcciona el bit correspondiente a la terminal de entrada, el procesador

determina si el dispositivo está DESACTIVADO (abierto.) Si el procesador encuentra un

estado DESACTIVADO, establece la lógica de escalera como verdadera para esta

instrucción. Si el procesador encuentra un estado ACTIVADO, establece la instrucción

XIO como falsa.

Si la instrucción XIO es la única instrucción en el renglón, el procesador habilita la

instrucción de salida cuando la instrucción XIO es verdadera (entrada abierta.)

Estado de la dirección de bit: Estado de la instrucción:

Activado (1 lógico) Verdadera

Desactivado (0 lógico) Falsa

e) Energize (OTE)

El uso de la instrucción OTE permite controlar un bit cuando las condiciones del renglón

son evaluadas. Si el bit corresponde a una terminal del módulo de salida, el dispositivo

cableado a esta terminal se activa cuando la instrucción se habilita y se desactiva cuando

la instrucción se inhabilita. Si las condiciones de entrada que preceden a la instrucción

OTE son verdaderas, el procesador habilita la instrucción OTE. Si las condiciones de

entrada que preceden a la instrucción OTE son falsas, el procesador inhabilita la

instrucción OTE. Cuando las condiciones de renglón se hacen falsas, el dispositivo

correspondiente se desactiva.

Una instrucción OTE es similar a una bobina de relé. La instrucción OTE está controlada

por las instrucciones de entrada precedentes. La bobina de relé está controlada por los

contactos en el renglón cableado.



La instrucción OTE le indica al procesador que controle el bit direccionado según la

condición del renglón.

Estado del renglón: Estado de la dirección del bit:

Verdadero Activado (1 lógico)

Falso Desactivado (0 lógico)

f) Latch (OTL)

La instrucción OTL (enclavamiento) es una instrucción de salida retentiva que solamente

puede activar un bit (no puede desactivarlo.) Esta instrucción normalmente se usa en

parejas con la instrucción OTU (desenclavamiento) donde ambas instrucciones

direccionan el mismo bit.

Cuando se asigna una dirección a una instrucción OTL que corresponde a una terminal de

un módulo de salida, el dispositivo de salida conectado a dicho terminal se activa cuando

el procesador establece el bit en la memoria del procesador. Si las condiciones de entrada

que preceden la instrucción son verdaderas, el procesador habilita la instrucción OTL.

Cuando las condiciones del renglón se hacen falsas (después de ser verdaderas), el bit

permanece establecido y el dispositivo de salida correspondiente permanece activado. La

instrucción OTU permite DESACTIVAR el bit enclavado mediante la instrucción OTL.

Una vez habilitada, la instrucción de enclavamiento le indica al procesador que active el

bit direccionado. De ahí en adelante, el bit permanece activado independientemente de la

condición del renglón hasta que se desactiva el bit, típicamente mediante una instrucción

de desenclavamiento (OTU) en otro renglón.

Estado del renglón: Estado de la dirección del bit:

Verdadero Activado (enclavamiento)

Falso Permanece sin cambio



Cuando el procesador cambia del modo de Marcha a Programación o cuando el procesador

pierde energía (existiendo batería de respaldo), la última instrucción OTL verdadera

continúa controlando el bit en memoria. El dispositivo de salida enclavado se activa

aunque las condiciones del renglón que controlan la instrucción puedan haberse hacho

falsas.

Importante: La instrucción OTL es retentiva. Cuando el procesador pierde energía, cambia

a modo de Programación o detecta un fallo mayor, las salidas se desactivan.

Pero los estados de las salidas retentivas se retienen en memoria. Cuando el procesador

reanuda la operación en el modo Marcha, las salidas retentivas regresan a sus estados anteriores.

Las salidas no retentivas se restablecen.

g) Unlatch (OTU)

La instrucción OTU es un tipo de salida retentiva que solamente desactiva un bit (no puede

activarlo.) Esta instrucción normalmente se usa en pareja con la instrucción OTL

(enclavamiento de salida) donde ambas instrucciones direccionan el mismo bit. La

instrucción DESACTIVA el bit que la instrucción OTL activo o enclavó.

Cuando el procesador cambia del modo Marcha a Programación o cuando el procesador

pierde energía (existiendo una batería de respaldo), el bit se retiene en el estado establecido

por el último renglón de la pareja de enclavamiento / desenclavamiento que fue verdadero.

La instrucción de desenclavamiento le indica al procesador que desactive el bit

direccionado según la condición del renglón. De ahí en adelante, el bit permanecerá

desactivado independientemente de la condición del renglón hasta que se active,

típicamente mediante otra instrucción OTL en otro renglón.

Estado del renglón: Estado de la dirección de bit:

Verdadero Activada (desenclavamiento)

Falso Permanece sin cambio



h) One – Shot Rising (OSR)

La instrucción OSR es una instrucción de entrada retentiva que ocasiona un evento durante

una sola vez. Es necesaria cuando un evento debe comenzar basado en el cambio de estado

de falso a verdadero.

Cuando las condiciones de renglón precedentes de la instrucción OSR van de falsas a

verdaderas, la instrucción OSR será verdadera durante un scan. Después de completarse

un scan, la instrucción OSR se hace falsa, aun cuando las condiciones del renglón

precedentes permanecen verdaderas. La instrucción OSR sólo volverá a hacerse

verdadera si las condiciones de renglón precedentes efectúan una transición de falso a

verdadero. El controlador permite usar una instrucción OSR por cada salida en un renglón.

Manejo de datos y módulos analógicos de E/S

Para que un programa tome decisiones lógicas con base en el valor medido de alguna

variable de proceso analógica (como temperatura, nivel, etc.), es necesario el manejo de

los módulos de E / S analógicas en el rack del controlador. Cada módulo de E / S analógico

recibe la señal analógica de voltaje o corriente de un transductor de entrada, representando

el valor medido real de alguna variable física. Debe considerarse que cada módulo tiene

su propio convertidor analógico-digital (ADC) que convierte la señal analógica en un

valor digital de cuatro dígitos binarios. Con el uso de datos analógicos es posible controlar

variables analógicas, tales como presión, nivel, flujo y temperatura, así como cualquier

señal proveniente de cualquier sensor o transmisor de corriente o voltaje directo.

La Figura 54 muestra un uso típico de valores analógicos. En esta aplicación él se controla

la cantidad de fluido que se coloca en un tanque de retención ajustando el porcentaje de

apertura de la válvula. Inicialmente la válvula se abre 100%. Cuando el nivel de fluido en

el tanque se aproxima al punto preestablecido, el controlador modifica la salida para cerrar

gradualmente la válvula a 90%, 89%, ajustando la válvula para mantener un punto

establecido.



Figura 54 Aplicación típica de control de flujo

5.2.7.1.- Características del módulo analógico

En lo que se refiere al módulo disponible para su manejo, se encuentra el módulo de E / S

de combinación analógica 1746-NIO4I el cual proporciona dos canales de entrada y dos

de salida en un módulo de una sola ranura. El módulo 1746-NIO4I contiene dos entradas

de corriente o de voltaje (seleccionables) y dos salidas de corriente. Existen otros modelos

de módulos con diferentes características como se muestra en la Tabla 16. En la Figura

55 tenemos la vista frontal de un módulo analógico.

Tabla 16 Características eléctricas del módulo analógico



Figura 55 Vista frontal (genérica)

5.2.7.2.- Configuración del módulo analógico

El módulo analógico NIO4I incorpora conmutadores DIP, cuyo posicionamiento puede

ser seleccionado por el usuario, lo que permite configurar los canales de entrada para

lectura de corriente o voltaje. Los conmutadores están situados en el circuito del módulo

analógico. La Figura 56 muestra las posiciones ON (activado) y OFF (desactivado) de

los conmutadores. La orientación de los conmutadores también se indica en la placa del

fabricante del módulo.

Figura 56 Configuración del módulo ON/OFF



Los dos conmutadores individuales están etiquetados como 1 y 2. Estos conmutadores

controlan solamente el modo de entrada de los canales 0 y 1. Si el conmutador se encuentra

en la posición ON, el canal está configurado para entrada de corriente. Si el conmutador

se encuentra en la posición OFF, el canal está configurado para entrada de voltaje. Debe

de retirarse el módulo del chasis para configurar los conmutadores.

5.2.7.3.- Cableado del módulo analógico

Para un mejor funcionamiento del módulo debe seguirse las siguientes pautas:

Debe usarse un cable blindado y mantenerse la distancia tan corta como sea posible.

Debe conectarse a tierra sólo un extremo del blindaje del cable.

El módulo no proporciona alimentación eléctrica para entradas analógicas.

Los canales no están aislados unos de otros. Todos los comunes analógicos están

conectados internamente.

Debe de usarse una fuente de alimentación eléctrica que satisfaga las especificaciones

del transmisor (detector.)

Agrupe los módulos de analógicos de y bajo voltaje continuo lejos de los módulos de

voltaje alterno o voltaje continuo alto.

La Figura 57 muestra el diagrama de cableado para entradas diferenciales.

Figura 57 Cableado del módulo analógico



Los comunes analógicos están conectados internamente en el módulo. Los canales no

están aislados unos de otros.

Las entradas en los módulos analógicos utilizan filtros digitales de alta frecuencia que

reducen significativamente los efectos del ruido eléctrico de las señales de entrada. Sin

embargo, debido a la variedad de aplicaciones y entornos en donde se instalan y operan

los módulos analógicos, es imposible asegurar que podrá ser eliminado todo el ruido

ambiental mediante los filtros de entrada. También se pueden crear filtros por software.

5.2.7.4.- Direccionamiento del módulo analógico

Al configurar un módulo analógico para un sistema SLC 500 usando el software de

programación, por lo general se suministra una lista de diferentes módulos de E/S,

incluyendo los módulos de entrada analógicos.

Cada canal de entrada del módulo NIO4I se direcciona como una sola palabra en la tabla

de imagen de entrada y cada canal del módulo se direcciona como una sola palabra en la

tabla de imagen de salida. El módulo NIO4I usa un total de dos palabras de entrada y dos

palabras de salida. Los valores de entrada convertidos de los canales 0 y 1 se direccionan

como palabras 0 y 1 de la ranura en donde reside el módulo. Los valores de los canales de

salida 0 y 1 se direccionan como palabras de salida 0 y 1 de la ranura en donde reside el

módulo.

Ejemplo: Si se desea direccionar el canal de salida 0 del módulo NIO4I en la ranura 3, se

direccionaría como palabra de salida 0 en la ranura 3. (O:3.0).

La Figura 58 muestra el direccionamiento de E/S para el módulo de combinación

analógica NIO4I.



Figura 58 Direccionamiento del módulo analógico

Los siguientes mapas de bits de la Figura 59 muestran el direccionamiento a nivel de bit,

para las entradas y salidas analógicas. La resolución del convertidor de canal de entrada

es de 16 bits, o 1 palabra. La resolución del convertidor del canal de salida es de 14 bits y

se carga desde los 14 bits más significativos de la palabra de salida asociada.

Los dos bits menos significativos de la palabra de salida no tienen ningún efecto en el

valor de salida actual.

Figura 59 Direccionamiento a nivel de bit

5.2.7.5.- Conversión de datos analógicos

Las entradas analógicas convierten señales de corriente y voltaje en valores binarios de

complemento a dos de 16 bits. La Tabla 17 identifica los límites de entrada de corriente

y voltaje para los canales de entrada, el número de bits significativos para la aplicación

usando límites de entrada menores que la escala completa y su resolución.



Tabla 17 Límites de entrada de corriente y voltaje para los canales de entrada

Para determinar un voltaje aproximado que el valor de entrada representa, debe usarse la

ecuación siguiente:

(10 V / 32 768) valor de entrada = voltaje de entrada (V)

El valor de entrada es el valor decimal de la palabra en la imagen de entrada para la entrada

analógica correspondiente.

Por ejemplo, si un valor de entrada de –16 021 está en la imagen de entrada, el voltaje de

entrada calculado será:

(10 V / 32 768) -16 201 = - 4.889221 V

Para determinar una corriente aproximada que un valor de entrada representa, se puede

utilizar la ecuación siguiente:

(20 mA / 16 384) valor de entrada = corriente de entrada (mA)

El valor de entrada es el valor decimal de la palabra en la imagen de entrada para la entrada

analógica correspondiente.



Por ejemplo, si un valor de entrada de 4096 está en la imagen de entrada, la corriente de

entrada calculada será:

(20 mA / 16 384) 4096 = 5 mA

5.2.7.6.- Conversión de datos analógicos de salida

Las salidas analógicas convierten un valor binario de complemento a dos en una señal

analógica. Debido a que los canales de salida analógica tienen un convertidor de 14 bits,

los 14 bits más significativos de este número de 16 bits son los bits que convierte el canal

de salida.

El módulo NIO4I tiene la capacidad para dos salidas de corriente, con límites desde 0 mA

hasta un máximo de 21 mA. La Tabla 18 identifica los límites de salida de corriente y

voltaje para canales de salida, él número de bits significativos para aplicaciones que usan

límites de salida menores que la escala completa y su resolución.

Tabla 18 Límites de salida de corriente y voltaje para canales de salida

Para determinar el valor decimal de la salida de corriente, debe usarse la ecuación

siguiente:

(32 768 / 21 mA) salida de corriente deseada (mA) = valor decimal de salida

Por ejemplo, si se desea un valor de salida de 4mA, el valor que se va a colocar en la

palabra correspondiente en la imagen de salida se puede calcular como sigue:

(32 768 / 21 mA) 4 mA = 6242



5.2.7.7.- Escalado de datos analógicos

Existen muchos detalles adicionales en el manejo de datos analógicos que tienen que ser

resueltos por el programador. Por ejemplo, ¿Cómo sabe el canal el rango de valores de

corriente o voltaje que debe esperar? ¿Debe esperarse que el voltaje analógico varíe entre

0 y +5 V? No existe la posibilidad de que el amplificador de un canal del módulo analógico

permita responder a diferentes rangos de voltaje analógico. A su vez, todo esto debe

manejarse por medio de software y escalarse los rangos que el canal debe esperar.

Igualmente debe decidirse si un canal debe escalarse o no. Un canal no escalado produce

una señal digital que varía en decimal de 0 a 16383 (con una resolución de 12 bits) a

medida que la señal analógica de entrada varía de su valor mínimo a su valor máximo (por

ejemplo de 4 a 20 mA.) Los números digitales del 0 al 16383 no significan nada por si

mismos. Cuando esos números lleguen a aparecer en el programa de usuario se deberá

tener en mente por ejemplo, que 0 en realidad corresponde a una temperatura de 25° C, o

que 3397 corresponde a una temperatura de 128.7° C. Puede resultar muy confuso

mantener toda esta información en mente al escribir las instrucciones de programa para

manipular la información digital.

El software de Allen-Bradley permite escalar las entradas analógicas. Esto significa que

el programador verá en pantalla el valor de la temperatura real que corresponde la

corriente o voltaje analógico.

5.2.7.8.- Instrucción de control proporcional integral derivativa (PID)

La instrucción PID controla las características físicas tales como la temperatura, presión,

nivel o régimen de caudal usando lazos de proceso. La instrucción PID normalmente

controla un lazo cerrado usando a un módulo de salida analógico. Para el control de

temperatura, se puede convertir la salida analógica a una salida activada / desactivada de

tiempo proporcional para impulsar una unidad de calefacción o enfriamiento.



La instrucción PID se puede operar en el modo temporizado o el modo STI. En el modo

temporizado, la instrucción actualiza su salida periódicamente a un régimen seleccionado

por el usuario. En el modo STI, la instrucción se debe colocar en una subrutina de

interrupción STI. Entonces actualiza su salida cada vez que se realiza un escán de la

subrutina STI. El intervalo de tiempo STI y el régimen de actualización de lazo deben ser

idénticos para que la ecuación se ejecute correctamente.

Normalmente, la instrucción PID se coloca en un renglón sin lógica condicional. La salida

permanece a su último valor cuando el renglón es falso. El término integral también se

borra cuando el renglón es falso.

A continuación se explican los parámetros de la instrucción PID.

Control Block (bloque de control). Es un archivo que almacena los datos requeridos

para operar la instrucción. La longitud de archivo se fija a 23 palabras y se debe introducir

como dirección de archivo de entero. Por ejemplo, la introducción de N10:0 asignará los

elementos N10:0 a N10:22.No se debe escribir a las direcciones de bloque de control con

otras instrucciones en el programa, excepto en aplicaciones especiales. Si se vuelve a usar

un bloque de control de datos que fue asignado anteriormente para otro uso, una buena

práctica será poner primero a cero los datos. Se recomienda usar un archivo de datos único

para contener los bloques de control PID. Por ejemplo N10:0. Esto evita el uso imprevisto

de las direcciones de bloque de control PID por otras instrucciones en el programa.

La longitud del bloque de control se fija a 23 palabras y se debe programar como archivo

de entero. La configuración del bloque de control conformado por varios parámetros se

muestra en la Figura 60:



Figura 60 Configuración de bloque de control

Process Variable PV (variable de proceso). Es una dirección de elemento que

almacena el valor de entrada del proceso. Esta dirección puede ser la ubicación de la

palabra de entrada analógica donde el valor de la entrada A/D se almacena. Este valor

también podría ser un valor de entero si decide escanear su valor de entrada de ante mano

al rango 0-16383.

Control Variable CV (variable de control). Es una dirección de elemento que

almacena la salida de la instrucción PID. El valor de salida tiene un rango de 0 a 16383;



16383 es el 100%. Esto es normalmente un valor de entero para que se pueda escalar el

rango de entrada PID según el rango analógico específico que la aplicación requiera.

La Figura 61 muestra una instrucción PID con direcciones típicas para parámetros

anteriormente explicados. La pantalla de parámetros de PID es visualizada en pantalla

haciendo un doble clic sobre la instrucción PID en la leyenda Setup Screen.

Figura 61 PID Setup Screen

La pantalla de parámetros de PID esta clasificada por parámetros de sintonización,

entradas, salidas e indicadores o banderas de estado.

En la Figura 62 se da una breve definición de los indicadores de PID.

Figura 62 Definición de PID



Auto/manual (automático/manual AM, palabra 0, bit 1.) Este parámetro alterna

entre el modo automático y manual. Automático indica que el PID controla la salida (el

bit se pone a cero.) Manual indica que el usuario establece el valor de salida. (El bit esta

puesto a 1 ó establecido.) Al hacer ajustes, se recomienda que se efectúen los cambios en

el modo manual, seguido por un retorno al modo automático. El límite de salida también

se aplica en el modo manual.

Mode (modo TM, palabra 0, bit 0). Alterna los valores temporizados y STI.

Temporizado indica que el PID actualiza su salida al régimen especificado en el parámetro

de actualización del lazo. STI indica que el PID actualiza su salida cada vez que se

escanea. Cuando se selecciona STI, la instrucción PID debe ser programada en una

subrutina de interrupción STI, y la rutina STI debe tener un intervalo de tiempo igual al

ajuste del parámetro de “Loop Update” (actualización del lazo). Se debe establecer el

período STI en la palabra S:30. Por ejemplo, si el tiempo de actualización del lazo contiene

el valor 10 (para 100 ms), entonces el intervalo de tiempo STI también debe ser igual a 10

(para 10 ms).

Control (el control CM, palabra 0, bit 2). Alterna los valores dispuestos E = SP-

PV y E = PV-SP. La acción directa (E = PV-SP) causa que la salida CV incremente cuando

la salida PV es mayor que el punto de ajuste SP (por ejemplo, una aplicación de

enfriamiento.) La acción inversa (E = SP-PV) causa que la salida CV incremente cuando

la salida PV sea menor que el punto de ajuste SP (por ejemplo, una aplicación de

calefacción)

Setpoint SP (punto de ajuste, palabra 2). Es el punto de control deseado de la

variable de proceso. Se puede cambiar este valor con las instrucciones de escalera. El valor

de la tercera palabra de be escribirse en el bloque de control (por ejemplo, se debe escribir

el valor en N10:2 si el bloque de control es N10:0). Sin escala, el rango de este valor es

0-16383. En caso contrario, el rango es de escala mínima (palabra 8) a escala máxima

(palabra 7).



Process PV ( proceso con escala, palabra 14). Se usa para la muestra en pantalla

únicamente. Este es el valor con escala de la variable de proceso. Sin escala, el rango de

este valor es 0-16383. Si no, el rango es de escala mínima (palabra 8) a escala máxima

(palabra 7).

Scaled Error (error de escala, palabra 15). Se usa para visualización solamente.

Este es el error de escala según es seleccionado por el parámetro de modo de control.

Rango: escala máxima – escala mínima, ó 16383 a – 16383 cuando no hay escala.

Deadband DB (banda muerta, palabra 9). Es un valor no negativo. La banda

muerta se extiende sobre y debajo el punto de ajuste según el valor que se introduce. La

banda muerta se introduce en la intersección con cero de la variable de proceso PV y el

punto de ajuste SP. Esto significa que la banda muerta estará en efecto sólo después que

la variable de proceso PV entre en la banda muerta y pase a través del punto de ajuste SP.

El rango válido es 0 a escala máxima ó 0 a 16383 cuando no hay escala.

Output CV %(variable de control de salida, palabra 16). Muestra la salida CV

real de 0 a 16383, en términos de porcentaje (El rango es 0 a 100%). Si se seleccionó el

modo AUTO con la tecla F1, es para visualización únicamente. Si se seleccionó el modo

MANUAL y se usa un monitor de datos APS, se puede cambiar la salida CV% y el cambio

se aplicará a CV. El escribir a la salida CV% con el programa de usuario o un dispositivo

de programación no inteligente no afectará el CV. Cuando se usa un dispositivo que no

sea APS, se debe escribir directamente a CV que tiene un rango de 0 a 16383.

Loop Update (actualización de lazo, palabra 13). Es el intervalo de tiempo entre

los cálculos PID. La entrada es en intervalos de 0.01 segundos. La regla general es

introducir un tiempo de actualización del lazo cinco a diez veces más rápido que el período

natural de la carga (determinado poniendo los parámetros de restablecimiento y régimen

a cero y luego incrementando la ganancia hasta que la salida comience a oscilar). En el

modo STI, este valor debe ser igual al valor de intervalo de tiempo STI de S:30 El rango

válido es 1 a 2.55 segundos.



Gain Kc (ganancia, palabra 4). Es la ganancia proporcional, con un rango de 0.1 a

25.5 La regla general es de establecer esta ganancia a la mitad del valor necesario para

causar que la salida oscile cuando los términos de restablecimiento y régimen (abajo) se

ponen cero.

Reset Ti (restablecimiento, palabra 4). Es la ganancia integral, con un rango de 0.1

a 25.5 minutos por repetición. La regla general es establecer el tiempo de restablecimiento

para que sea igual al período natural medido en la calibración de ganancia de arriba.

Rate Td (régimen, palabra 5). Es el término derivativo. El rango de ajuste es de

0.01 a 25.5 minutos. La regla general es establecer este valor a 1/8 del tiempo integral de

arriba.

Min Scaled (escala mínima Smin. Palabra 8). Si el punto de ajuste debe ser leído

en unidades de ingeniería, este parámetro corresponde al valor del punto de ajuste en

unidades de ingeniería cuando la entrada de control es cero. El rango válido es de +- 16383

a + 16383.

Max Scaled (escala máxima Smax, palabra 7). Si el punto de ajuste debe ser leído

en unidades de ingeniería cuando la entrada de control es 16383. el rango válido es +-

16383 a +16383.

Ouput (CV) Limit OL ( límite de salida, palabra 0, bit3). Alterna entre Si y No.

Al seleccionar Si, se limita la salida a los valores mínimos y máximos. Véase Tabla 19.



Tabla 19 Limite de salida

Time Mode Bit TM (bit de modo de tiempo, palabra 0, bit 0). Especifica el domo PID.

Se establece cuando el modo TEMPORIZADO está en efecto. Se pone a cero cuando el

modo STI está en efecto. Este bit se puede establecer o poner a cero por medio de

instrucciones en el programa de escalera.

Auto/Manual Bit AM (palabra 0, bit 1). Especifica la operación automática cuando se

pone a cero la operación manual cuando se establece. Este bit puede ser establecido o

poner a cero por medio de instrucciones en el programa de escalera.

Control Mode Bit CM (bit de modo de control, palabra 0, bit 2). Se pone a cero si el

control es: E = SP - PV. Se establece si el control es E = PV - SP. Este bit se puede

establecer o poner a cero por medio de instrucciones en el programa de escalera.

Output Limiting Enable Bit OL (bit de límite de salida habilitado, palabra 0, bit 3).

Se establece cuando se ha seleccionado limitar la variable de control usando la tecla de



función F4. Este bit se puede establecer o poner a cero por medio de instrucciones en el

programa de escalera.

Reset and Gain Range RG (Restablecimiento y rango de ganancia). Aplica a

procesadores S5/03 y 5/04.

Scale Setpoint Flag SC (Indicador de punto de ajuste de escala, palabra 0, bit 5). Se

pone a cero cuando se especifican los valores de escala del punto de ajuste.

Loop Update Time Too Fast TF (Tiempo de actualización del lazo demasiado rápido,

palabra 0, bit 6). Está establecido por el algoritmo PID si el tiempo de actualización del

lazo que ha especificado no puede ser realizado por el programa en cuestión (debido a

límites de tiempo de escán).

Derivative (rate) Action DA (Bit de acción derivativa (régimen), palabra 0, bit 7).

Este bit es usado solo por los procesadores 5/03 y 5/04. Cuando está establecido, este bit

causa que el cálculo de derivativa (régimen) se evalue en el error, en vez del PIV. Cuando

se pone a cero, este bit permite que el cálculo de derivativa (régimen) sea evaluado de la

misma manera que la instrucción PID.

DB, Set when Error is in DB (DB, establecido cuando el error está en DB, palabra 0,

bit 8). Se establece cuando la variable de proceso se encuentra dentro del rango de banda

muerta de intersección con 0.

Output Alarm, Upper Limit UL (alarma de salida, límite superior UL, palabra 0, bit

9). Se establece cuando el CV de salida de control calculado es menor que el límite CV

inferior.

Output Alarm, Lower Limit LL (alarma de salida, límite inferior LL, palabra 0, bit

10). Este bit se establece cuando el CV de salida de control calculado es menor que el

límite CV inferior.



Setpoint out of Range SP (punto de ajuste fuera de rango, palabra 0, bit 11). Se

establece cuando el punto de ajuste excede el valor con escala máximo o es menor que el

valor con escala mínimo.

Process Var out of Range PV (variable de proceso fuera de rango, palabra 0, bit 12).

Se establece cuando la variable de proceso sin escala (o sin procesar) excede 16383 ó es

menor que cero.)

PID Done DN (PID efectuado, palabra 0, bit 13). Este bit se establece en barridos de

programas donde el algoritmo PID se calcula. Se calcula al régimen de actualización del

lazo.

PID enabled EN (PID habilitado, palabra 0, bit 15). Este bit se establece mientras que

el renglón de la instrucción PID está habilitado.

El control en lazo cerrado PID mantiene una variable de proceso en un punto de ajuste

deseado. Se controla el proceso enviando una señal de salida a la válvula de control.

Cuanto más grande sea el error entre el punto de ajuste (Set Point) y la entrada de la

variable de proceso, tanto mas grande es la señal de salida y viceversa. Un valor adicional

(prealimentación o polarización) se puede añadir a la salida de control como Offset. El

resultado del cálculo PID (variable de control) impulsará la variable de proceso que

controla hacia el punto de ajuste. El propósito del calculo PID es mantener la variable de

proceso a controlar en el punto de ajuste como se observa en la Figura 63.



Figura 63 Ejemplo de régimen de caudal/nivel de fluido

5.2.7.9.- Rango de entrada/salida para control de PID

El módulo de entrada que mide la variable de proceso (PV) debe tener un rango binario

completo de escala de 0 a 16383. Si este valor es menor que 0 (bit 15 establecido), un

valor de cero se usará para PV y el bit de “variable de proceso fuera de rango” se

establecerá (bit 12 de palabra 0 en el bloque de control.) Si la variable de proceso es mayor

que 16383 (bit 14 establecido), un valor de 16383 se usará para PV y el bit de “variable

de proceso fuera de rango” se establecerá.

La variable de control, calculada por la instrucción PID, tiene el mismo rango que va de

0 a 16383. La salida de control (palabra 16 del bloque de control) tiene el rango de 0 al

100%. Se pueden establecer límites inferiores y superiores para los valores de salida

calculados de la instrucción (donde un límite superior del 100% corresponde a un límite

de variable de control de 16383).



5.2.7.10.- Escalado a unidades de ingeniería para control PID

La escala permite introducir el punto de ajuste y los valores de banda muerta de

intersección con cero en unidades de ingeniería y mostrar la variable de proceso y valores

de error en las mismas unidades de ingeniería. Debe recordarse que la variable de proceso

PV todavía debe estar dentro del rango de 0 a 16383. Sin embargo, el PV será mostrado

en unidades de ingeniería.

Se debe seleccionar la escala según lo siguiente:

Hay que introducir los valores de escala máximos y mínimos Smax y Smin en el

bloque de control PID. El valor Smin corresponde a un valor analógico de cero para la

lectura más baja de la variable de proceso, y Smax corresponde a un valor analógico de

16383 para la lectura más alta. Estos valores reflejan los límites de proceso. La escala del

punto de ajuste es seleccionada introduciendo un valor que no sea cero para uno o ambos

parámetros. Si se introduce el mismo valor para ambos parámetros, la escala del punto de

ajuste se inhabilita.

Por ejemplo, si se mide un rango de temperatura de escala completa de – 73 (PV = 0) a +

1156° C (PV = 16383), se debe introducir un valor de – 73 para Smin y 1156 para Smax.

Las conversiones de señales podrían ser así:

Límites de proceso + - 73 a + 1156° C

Salida de transmisor (si se usa) + 4 a +20 mA

Salida de un módulo de entrada analógico 0 a 16383

Instrucción PID, Smin a Smax +- 73 a 1156° C

Hay que introducir el punto de ajuste (palabra 2) y la banda muerta (palabra 9) en las

mismas unidades con escala. Debe leerse la variable de proceso con escala y el error con

escala en estas unidades. El porcentaje de salida de control (palabra 16) se muestra como

porcentaje del rango de 0 a 16383. El valor real transferido a la salida CV siempre es entre

0 y 16383.



Cuando se selecciona la escala, la instrucción escala el punto de ajuste, banda muerta,

variable de proceso y error. Se debe considerar el efecto de esta variable cuando cambia

la escala.

Para la instrucción PID, la escala numérica para la variable de proceso (PV) y la variable

de control (CV) es de 0 a 16383. Para usar unidades de ingeniería, tal como PSI o grados,

primero se debe escalar sus rangos de E / S analógicas dentro de la escala deseada. Para

hacerlo, debe usarse la instrucción de escala (SCL) y seguir los pasos descritos a

continuación.

Debe de escalarse la entrada analógica calculando la pendiente (Rate o régimen) del

rango de entrada analógica al rango PV (0 a 16383). Por ejemplo, una entrada analógica

con un rango de 4 a 20 mA tiene un rango decimal de 3277 a 16384. El rango decimal

debe ser escalado por todo el rango de 0 a 16383 para su uso como PV.

Debe escalarse CV para que se distribuya de manera equitativa por todo el rango de

salida analógica. Por ejemplo, una salida analógica que tiene una escala de 4 a 20 mA,

tiene un rango decimal de 6242 a 31208. En este caso, 0 a 16383 debe ser escalado por

todo el rango de 6242 a 31208.

Una vez que ha escalado sus rangos de E / S analógicas hacia / desde la instrucción PID,

puede introducir las unidades de ingeniería mínimas y máximas que se adecuen a la

aplicación. Por ejemplo, si el rango de entrada analógica de 4 a 20 mA representa 0 a 300

PSI, se puede introducir 0 y 300 como los parámetros mínimos (Smin) y máximos (Smax)

respectivamente. La variable de proceso (PV), error, punto de ajuste (set point) y banda

muerta, se muestran en unidades de ingeniería en la pantalla del monitor de datos PID. El

punto de ajuste y la banda muerta se pueden introducir en la instrucción PID usando

unidades de ingeniería.



Deben usarse los valores siguientes de la

Tabla 20 en una instrucción SCL para escalar los rangos de entrada analógica comunes

para las variables del proceso PID.

Tabla 20 Rangos de entrada analógica comunes para las variables de proceso

Deben usarse los valores siguientes en una instrucción SCL para escalar las variables de

control a salidas analógicas comunes como esta en la Tabla 21Tabla 21.

Tabla 21 Variables de control a salidas analógicas comunes



5.3.- Software de programación RSLogix 500

El software RSLogix 500 es un paquete de programación de lógica de escalera diseñado

para trabajar con los controladores Allen-Bradley de la línea SLC 500 y Micrologix.

En este capítulo se expondrá de una manera general el uso y las principales técnicas de

edición para crear un proyecto de lógica de escalera.

Características principales del RSLogix 500

Entre sus principales características podemos nombrar las siguientes:

Interface Windows intuitiva.

Comunicación flexible con otro software de Rockwell y de Allen-Bradley.

Edición Online de los procesadores SLC 5/03 y 5/04.

Vista total del proyecto, proporcionando fácil señalización y acceso.

Herramientas de diagnóstico y resolución de problemas.

Editor de diagramas de contactos flexible.

Poderoso editor de bases de datos transportable a otros proyectos y programas.

Entorno de trabajo del RSLogix 500

Ya que este software está disponible en el idioma inglés, se manejan términos, nombres

de menús y herramientas en este idioma.

Para un mejor aprovechamiento del software se debe de entender las diferentes funciones

y contenidos de las diferentes ventanas y barras de herramientas en el entorno de edición

y operación.



A continuación se muestra el entorno principal de trabajo en la Figura 64.

Figura 64 Entorno de trabajo de RSLogix 500, paneles principales

Menu bar. Funciones selectivas de todas las opciones de programa.

Icon Bar. Acceso rápido a funciones usadas frecuentemente en la elaboración de los

programas de lógica de escalera.

Online Bar. Permite ver el estado actual de la ejecución del programa, entradas y

salidas forzadas y el número de nodo y controlador del procesador.

Project Tree. Se considera el directorio de proyectos. Esta ventana contiene todas las

carpetas y archivos que forman parte del proyecto. Con el botón derecho del mouse se

puede modificar ciertas propiedades de los archivos.

Status Bar. Despliega el estado actual de los programas así cómo mensajes

sugerentes.

Results Pane. Despliega información de los resultados sobre alguna función

seleccionada.



Ladder View. Es la ventana de edición para la programación de lógica de escalera.

Intruction Toolbar. Despliega en categorías los mnemónicos de las diferentes

instrucciones de programación seleccionables a través del mouse.

5.3.2.1.- Manejo del RSLogix 500

Lo siguiente se debe hacer antes de empezar un nuevo proyecto. La configuración

permanece establecida en el proyecto, de modo que al empezar un nuevo programa de

lógica de escalera, sólo es necesario renombrarlo y la configuración será la misma,

excepto cuando se requiera trabajar con un controlador diferente y dar de alta nuevos

módulos E / S.

El software de programación RSLogix 500 está basado en proyectos. Los proyectos son

el juego completo de archivos asociados con el programa de lógica de escalera.

Un proyecto es creado seleccionando del menú File la opción New, apareciendo al

instante el cuadro de diálogo “Select Processor Type” en la cual se debe de establecer un

nombre adecuado y el tipo de procesador que se utilizara Figura 65.

Figura 65 Ventana para seleccionar el tipo de procesador



Una vez establecido un nombre y seleccionado el tipo de procesador a utilizarse, aparece

el entorno de trabajo listo para ser utilizado como se muestra en la Figura 66.

Figura 66 Entorno principal de trabajo RSLogix 500

Para abrir un proyecto existente seleccionamos del menú File la opción Open apareciendo

al instante el cuadro de diálogo “Open/Import SLC500 Program” en el cual se debe de

elegir el nombre / tipo de archivo existente para trabajar como se muestra en la Figura

67.

Figura 67 Dialogo para abrir/importar un proyecto



Cómo ya se menciono anteriormente el Project Tree es el punto de acceso para trabajar

con nuevos proyectos o trabajar con los ya existentes. Para crear un nuevo archivo, solo

se debe posicionar el puntero en el icono de Program Files o Data Table y seleccionar

New.

Program Files. Contiene información del controlador, información sobre el diagrama

principal de lógica en escalera y posibles subrutinas.

Data Files. Contiene el estado de la información asociada con las entradas y salidas

externas y otras instrucciones usadas en el programa y subrutinas de lógica en escalera.

Estos archivos almacenan información relacionada con la operación del controlado

5.3.2.2.- Configuración de comunicaciones en el RSLogix 500

Hay dos métodos que se pueden utilizar para introducir los parámetros de comunicación.

Usando el cuadro de diálogo “Communications” (del menú Comms eligiendo la

opción System Comms), para indicar la configuración de comunicación para el

procesador que se desea conectar. Este método de comunicación no está relacionado con

el proyecto. De hecho, usualmente se introducen estos parámetros incluso antes de

empezar a trabajar con un proyecto. Por ejemplo, se podría desear bajar o descargar de un

procesador, un programa o proyecto ya existente para editarlo y / o modificarlo para en

algunos casos usarlo en otro procesador.

La Figura 68 siguiente muestra el cuadro de diálogo “Communications”.

Figura 68 Cuadro de dialogo en donde se comunica el programa con el PLC



Usando el subcuadro de diálogo “Controller Communications”, accesando por

medio del Project Tree, en la carpeta Controller haciendo doble clic en la opción

Controller Properties para visualizar este mismo cuadro de diálogo (“Controller

Properties”) entonces dentro de este se debe elegir el subcuadro de diálogo “Controller

Comunications”) si se desea el controlador, la ruta y el nodo establecido, pudiendo hacer

ciertas modificaciones

La Figura 69 muestra el subcuadro de diálogo “Controller Communications” dentro del

cuadro de diálogo “Controller Properties”.

Figura 69 En esta ventana se puede observar cual es el PLC Activo

Otro forma disponible para manejar ambas formas de dialogo de comunicación es la

función Who Active. Esta función cuenta con un despliegue de red, el cual muestra que

estaciones están conectadas a la red del SLC. Se puede usar está información para

seleccionar estaciones para dar de alta, cargar o monitorear en línea. Además de desplegar

estadísticas de cómo las comunicaciones se están llevando a cabo.

Cuando se usa el RSLogix 500 para llamar a la función Who Active, RSLogix 500 llama

al RSLinx y activa la función de comunicación. Si el RSLinx no está instalado en la

computadora. Se llama automáticamente a una versión interna del RSLinx (RSLinx Lite)

incluida en el RSLogix 500.



Una vez que la ventana de comunicaciones ha sido desplegada se podrá elegir ver la

configuración de red de manera gráfica o de texto.

5.3.2.3.- Definiendo los tipos de chasis y módulos de E/S

Después de haber creado un proyecto se debe especificar el tipo de chasis, los módulos de

E / S indicando su posición respecto al rack del módulo del procesador e indicar el tipo de

fuente de poder para cada rack en la configuración sea el caso. Una aplicación real puede

contener 3 o más racks y muchos módulos de E / S

Por medio del Project Tree, en la carpeta Controller se debe elegir haciendo doble clic en

la opción I/O Configuration, entonces aparece el cuadro de diálogo con este mismo

nombre “I/O Configuration”.

La Figura 70 muestra la ventana correspondiente a una configuración de ejemplo.

Figura 70 Ventana de configuración de hardware

El cuadro de diálogo “I/O Configuration” muestra los módulos de E / S disponibles

asignados por número de identificación. Este cuadro de diálogo también permite las

siguientes tareas: verificar si la fuente de poder seleccionada proporciona la potencia



suficiente a los módulos I/O posicionados dentro del rack., permite configurar módulos

analógicos y otros de función especial, observar automáticamente el tipo de configuración

de E / S existente dentro de algún nodo especifico (procesador) dentro la red.

5.3.2.4.- Edición de un diagrama lógico de escalera

Una vez creado un proyecto, se podrá introducir las instrucciones de programa en el

Ladder View (editor de escalera) utilizando el Instruction Toolbar (barra de herramientas

de instrucciones) situado en la parte superior mostrada en la Figura 71 ó a través del

Instruction Palette (paleta de instrucciones) como se muestra en la Figura 72.

Figura 71 Barra de herramientas de Instrucciones

Figura 72 Paleta de Instrucciones

Las diversas categorías de instrucciones están disponibles de acuerdo al tipo de procesador

que se esté utilizando.



5.3.2.5.- Ramificaciones

Agregando una ramificación

Este icono Figura 73, situado en el Instruction toolbar permite posicionar una

ramificación en el escalón especifico en la edición de los programas de lógica en escalera.

Si el cursor está situado sobre alguna instrucción, la ramificación se posicionara a la

derecha de este. Si el cursor está posicionado en la indicación del número del renglón, la

ramificación se posicionara al inicio de este.

Figura 73 Icono para agregar ramificaciones

Moviendo una ramificación

Haciendo un clic sobre la esquina superior izquierda de la ramificación, está podrá ser

movida completamente a cualquier lugar en el programa de lógica en escalera, como

muestra la Figura 74.

Figura 74 Se muestra en donde debe darse clic para mover una ramificación

Expandiendo ramificación

Haciendo un clic sobre la parte o línea derecha de la ramificación, está podrá ser

expandida hacia los lados. Los puntos de posicionamiento validos serán sobresaltados

en el escalón de edición, como se muestra en la Figura 75.



Figura 75 Se muestra donde dar clic para expandir ramificación

Anidando ramificaciones

Posicionando el cursor sobre la esquina superior izquierda de la ramificación y

haciendo un clic con el botón derecho del mouse, se desplegara una ventana en

la cual se elegirá la opción Append New Branch, con lo cual se posicionará

una nueva ramificación dentro de la original. Como se muestra en la Figura 76.

Figura 76 Como anidar ramificaciones

Insertando ramificaciones en paralelo

Posicionando el cursor en la esquina inferior izquierda de la ramificación y haciendo un

clic con el botón derecho del mouse, se elegirá de la opción Extend Branch Up o Extend

Branch Down según sea el caso y una nueva ramificación será insertada en paralelo con

la ramificación original. Como se muestra en la Figura 77.

Figura 77 Insertando ramificaciones en paralelo

Copiando un renglón de la ramificación

Para copiar un escalón especifico de una ramificación en particular, se deberá

posicionar el cursor en la esquina izquierda de la ramificación a copiar y haciendo un clic



con el botón derecho del mouse se elegirá la opción Copy, posteriormente se deberá

posicionar el cursor en el renglón o instrucción donde se desee insertar la copia y deberá

elegirse la opción Paste utilizando el botón derecho del mouse. Este procedimiento es

válido para cortar un escalón de la ramificación, excepto que se elegirá la opción Cut.

Como se muestra en la Figura 77.

Copiando una estructura entera de ramificaciones

Se deberá posicionar el cursor en la parte derecha de la estructura de la ramificación

y mediante el clic del botón derecho del mouse se podrá elegir la opción de copiado

o cortado según sea el caso.

Figura 78 Copiar estructura entera de ramificaciones

Se está limitado a un máximo de 75 ramificaciones en paralelo y a un máximo de 4

ramificaciones anidadas.

5.3.2.6.- Uso de mnemónicos

El RSLogix 500 permite la modificación de instrucciones utilizando mnemónicos en el

mismo editor de lógica de escalera. Una manera rápida de hacerlo es hacer doble clic sobre

el número de escalón en el margen derecho. Al hacer doble clic aparecerá una ventana

rectangular sobre el escalón con los mnemónicos correspondientes a las instrucciones

contenidas en el escalón las cuales se podrán modificar o añadir.



5.4.- Software de interface de operador (HMI) RSView32

RSView32 es un programa de software basado en Windows para la creación y ejecución

de aplicaciones de control, adquisición de datos y monitoreo.

RSView32 contiene las herramientas necesarias para la creación de todos los aspectos de

una interface máquina-operador, incluyendo las pantallas de gráficos animados en tiempo

real, tendencias y resúmenes de alarma. RSView32 se integra fácilmente con los productos

de Rockwell Software, Microsoft y otros fabricantes para maximizar la potencia de las

tecnologías Active X, VBA, OLE, ODBC, OPC y DDE.

RSView32 Works contiene software tanto de desarrollo como de ejecución. Este se

utiliza para desarrollar y ejecutar las aplicaciones de RSView32.

RSView32 Runtime sólo contiene el software de ejecución. Este se utiliza para ejecutar

aplicaciones desarrolladas en RSView32 Works.

RSView32 Works

RSView32 Works contiene los editores necesarios para generar una aplicación completa

de interfaz operador-máquina y contiene el software requerido para ejecutar las

aplicaciones generadas. En los editores se crean aplicaciones simples o sofisticadas. Al

haber terminado las aplicaciones, se debe cambiar al modo de ejecución o usar RSView32

Runtime, el cual utiliza menos memoria para ejecutar la aplicación.

Con RSView32 se puede realizar lo siguiente:

Utilizar la capacidad del contenedor RSView32 ActiveX y OLE para aprovechar la

tecnología avanzada. Por ejemplo, se puede incrustar Visual Basic u otros componentes

ActiveX en las pantallas gráficas de RSView32 para ampliar las capacidades de este.



Crear y editar pantallas con las herramientas propias de los programas de Microsoft.

Mediante sofisticados gráficos y animaciones basados en objetos, más las técnicas de

arrastrar-colocar y cortar-pegar, se simplifica la configuración de la aplicación.

Utilizar el modelo de objetos RSView32 y VBA para compartir datos con otros

programas de Windows, tales como Microsoft Access y SQL Server, interactuar con otros

programas de Windows como Microsoft Exel, así como personalizar y extender

RSView32 adaptándolo a las necesidades específicas.

Utilizar gráficos de las bibliotecas de gráficos RSView32 o importar archivos de otros

paquetes de dibujo tales como CorelDRAW y Adobe Photoshop.

Desarrollar rápidamente la aplicación requerida utilizando herramientas de

productividad RSView32 tales como el asistente de comandos, el Examinador de tags y

Object Smart Path (OSP)

Importar bases de datos de un PLC o SLC de Allen-Bradley, con el Examinador de

bases de datos del PLC.

Utilizar las funciones de alarmas de RSView32, para monitorear incidentes ocurridos

en el proceso con varios niveles de gravedad. Crear resúmenes de varias alarmas para

obtener datos específicos sobre las alarmas en lugar de examinar las alarmas de la totalidad

del sistema.

Crear tendencias que muestren variables del proceso graficadas con relación al

tiempo. Mostrar datos en tiempo real o histórico hasta con 16 tags en cada tendencia.

Registrar datos simultáneamente en varios archivos de registro o bases de datos

ODBC remotas para proporcionar diversos registros de los datos de producción y llevar

los datos registrados directamente a programas de otros fabricantes como Microsoft Excel

y Seagate Crystal Reports sin necesidad de convertir archivos



Creación de un proyecto

Un proyecto consta de una carpeta en el disco duro que contiene, como mínimo, los

siguientes elementos:

Archivo de proyecto (.rsv)

Carpeta de tags.

Carpeta comprf (perfil de comunicaciones.)

Carpeta de cache.

El archivo *.rsv contiene información general del proyecto, tal como una lista de los

componentes del proyecto, y su ubicación en los directorios, así como los números de las

versiones. De manera predeterminada, todos los componentes del proyecto se ubican

localmente en las carpetas de bajo la carpeta del proyecto, pero también se pueden ubicar

en otros directorios o compartirse con otros proyectos que se estén ejecutando en otras

computadoras.

Para empezar a trabajar en RSView32 se necesita crear un proyecto (también conocido

como aplicación). Para crearlo, se necesita hacer un clic en el botón indicativo de la opción

“New” de la barra de herramientas, o por medio del menú File en la opción New y se

desplegara la figura Figura 79.

Figura 79 Cuadro de dialogo para generar nuevo HMI



Después de crear un nuevo proyecto en RSView32 se verá la ventana principal como se

muestra en la Figura 80:

Figura 80 Ventana principal de proyecto

Menu Bar (barra de menú.) – Contiene los elementos de menú de la ventana activa.

Cada editor tiene su propio conjunto de menús.

Toolbar (barra de herramientas.) – Contiene botones de acceso para los elementos de

menú utilizados frecuentemente, para poder obtener acceso rápidamente a esos elementos

sin tener que abrir el menú.

Project Manager (administrador de proyectos.) – Contiene los editores para crear y

editar los componentes que integrarán el proyecto.

Activity Bar (barra de actividades.) – Muestra las actividades del sistema. Para

registrar actividades en esta barra, se deben seleccionar las casillas de verificación

de la Barra de actividades en el editor de configuración de registro de actividades.

Status Bar (barra de estado.) – Proporciona distintos tipos de información, según sea

la ubicación del puntero y de lo que se está haciendo.



Cada vez que se crea un proyecto, aparece el Project Manager (administrador de

proyectos) mostrando el nombre del proyecto como en la Figura 81.

Figura 81 Administrador de proyectos

La ventana del Project Manager está dividida en dos secciones. Cuando inicialmente se

crea un proyecto, la sección izquierda muestra una serie de carpetas y la sección derecha

está vacía. A medida que se creen componentes del proyecto, estos serán mostrados en la

sección derecha.

A continuación se describen las partes del Project Manager (Administrador de

proyectos.)

Fichas – El Project Manager (administrador de proyectos) contiene fichas (tabs) de

manera que se puede alternar fácilmente entre los modos de edición y ejecución. La ficha

Edit Mode (modo de edición) contiene los editores para desarrollar el proyecto. La ficha

Run Mode (modo de ejecución) contiene los componentes que se pueden usar para la

ejecución. Alternar entre las dos fichas permite probar el proyecto. En el modo de

ejecución, puede ejecutar componentes individuales del proyecto o puede ejecutar el

proyecto entero. Cuando esté en este modo, se podrá ver lo que verán los usuarios que

utilicen el proyecto final. Debe hacerse doble clic en un componente para ejecutarlo.



Carpetas – El Project Manager utiliza carpetas para organizar los editores. Para abrir o

cerrar una carpeta, se pueden realizar cualquiera de las siguientes acciones: Hacer doble

clic en la carpeta, presionando [Enter] para abrir o cerrar la carpeta, según sea el caso,

seleccionando la carpeta y haciendo un clic con el botón derecho del mouse para abrir el

menú de contexto y luego clic en Expand o Collapse.

Editores – Los editores sirven para crear o configurar los componentes de un proyecto.

Para abrir un editor, se pueden realizar cualquiera de las siguientes acciones: haciendo

doble clic en el icono del editor, seleccionando el icono del editor y haciendo un clic con

el botón derecho del mouse para abrir el menú de contexto y luego haciendo clic en New

o Show.

A continuación se describirán cada editor y los parámetros posibles a introducir.

Channel (canal.) – Especificar los canales para la comunicación de los controladores

con los dispositivos. Los canales deben establecerse antes de configurar los nodos para

los dispositivos con controladores directos.

Node (nodo.) – Asignar nombres y definir atributos para los dispositivos con

controladores directos, servidores OPC o servidores DDE con los que se comunicará

RSView32.

Scan Class (clase de barrido o escán.) – Configurar la velocidad con la que sé

escanearán los tags que se comunicarán con los dispositivos con controladores directos.

Tag Database (base de datos de tags.) – Crear tags y configurar las alarmas.

Tag Monitor (monitor de tags.) – Mostrar los valores en tiempo real de un tag o de

un grupo de ellos.



User Accounts (cuenta de usuarios.) – Asignar códigos de seguridad para los usuarios

a fin de limitar el acceso a un proyecto.

Security Code (códigos de seguridad.) – Asignar códigos de seguridad a códigos y

macros.

Activity Log Setup (configuración del registro de actividades.) – Especificar el tipo

de actividad del sistema que desea registrar y dónde, cuándo y como desea que se registre.

Activity Log Viewer (visor de registro de actividades.) – Ver el archivo del registro

de actividades.

Startup (inicio.) – Especificar como se verá el proyecto y qué se ejecutara cuando se

inicie este.

Command Line (línea de comandos.) – Abrir una línea de comando para introducir

comando RSView32.

Display (pantalla.) – Crear pantallas gráficas.

Library (biblioteca.) – Arrastrar y colocar objetos de las bibliotecas de gráficos en

las pantallas gráficas.

Parameters (parámetros.) – Crear un archivo de parámetros que se utilizará con las

pantallas gráficas que contienen marcadores de posición de tags, para que se puedan

utilizar las mismas pantallas gráficas con tags diferentes.

Recipe (receta.) – Crear un archivo de “receta” que se utilizará con las pantallas

gráficas que contienen un campo de receta.



Alarm Setup (configuración de alarmas) – Configurar dónde, cuándo y como se

desea que se registren los mensajes de alarma.

Alarm Log Viewer (visor de registro de alarmas.) – Ver la información histórica

sobre las alarmas.

Alarm Summary (resumen de alarmas.) – Especificar la información sobre alarmas

que se desea que muestre en pantalla y crear un formato para esa información.

Suppressed List (lista de tags suprimidos) – Muestra una lista de los tags para los

cuales se ha suprimido la notificación de alarma.

Data Log Setup (configuración del registro de datos) – Crear modelos de registro de

datos, especificando de que manera se desea que se registren los valores de los tags

seccionados.

Derived Tags (tags derivados) – Crear tags cuyos valores se derivan de otros tags y

otras funciones.

Events (eventos) – Crear eventos, que son expresiones que activan comandos o

macros.

Macro (macro) – Crear macros para ejecutar una serie de comandos de RSView32.

Global Keys (teclas globales) – Reasignar el teclado para ejecutar comandos de

RSView32.



5.4.2.1.- Uso de las comunicaciones con controladores directos

Para configurar las comunicaciones con controladores directos, debe abriese la carpeta

System en el Project Manager y utilizar los editores que se muestran en la Figura 82.

Figura 82 Configurar comunicaciones

La serie de pasos para la configuración de comunicaciones con controladores directos se

muestran a continuación:

1.- Iniciar el RSLinx y luego configurar y cargar el controlador de comunicaciones.

2.- Iniciar RSView32 y crear o abrir un proyecto.

3.- En el editor Channel (canal), seleccionar un canal y asignar la red apropiada y el

controlador RSLinx al mismo.

4.- En el editor Node (nodo), crear los nodos para cada controlador programable. En el

campo Data Source, seleccionar Direct Driver.

5.- Si se desea cambiar la velocidad predeterminada a la cual se escanean los nodos, se

debe editar las clases de escán en el editor Scan Class. Este paso es opcional.



6.- En el editor Tag Database, crear los tags. En el campo Data Source, seleccionar

Device. En el campo Node Name, seleccionar uno de los nodos creados. En el campo

Scan Class, seleccionar una clase de escán. En el campo Address, especificar la ubicación

física de la memoria en el controlador programable.

7.- Verificar que las comunicaciones estén funcionando.

La manera más simple de verificar si las comunicaciones funcionan es utilizar el Tag

Monitor ubicado dentro de la capeta System en el Project Manager. El Tag Monitor

muestra los valores y estados de los tags. Si no se ha creado un tag, puede utilizarse el Tag

Browser en el Tag Monitor para crear el tag.

Los pasos para verificar las comunicaciones para un tag existente son los siguientes:

1. En el Project Manager de RSView32, debe de abrirse la capeta System, hacer doble

clic en el Command Line y en esta ventana escribir el comando ComStatusOn para iniciar

el registro de errores de comunicaciones.

2. En el Project Manager de RSView32, debe abrirse la carpeta System y

posteriormente abrir el Tag Monitor.

3. En la columna Tag Name en el Tag Monitor, debe escribirse el nombre del tag que

se creo y presionar [Enter.]

Si las comunicaciones funcionan, aparecerá un valor en la columna Value y aparecerá del

tag creado y en la columna Value y aparecerá “Valid” en la columna State. Si las

comunicaciones no funcionan, un error aparecerá en la columna State, y un mensaje de

error aparecerá en la Activity Bar (barra de actividades.)



Si las comunicaciones no están funcionando:

Verificar que el controlador de comunicaciones esté correctamente configurado. Para

verificar que se haya detectado el dispositivo con el cual está tratando de comunicarse, en

RSLinx utilice RSWho. Si aparece un dispositivo RSWho pero no aparece un valor de tag

en RSView32, debe cerrarse el proyecto, cerrar el RSView32 y el RSLinx. Posteriormente

debe iniciarse RSView32, abrirse el proyecto y nuevamente el Tag Monitor (RSLinx se

inicia automáticamente cuando se inicia RSView32.

Para obtener información detallada sobre el tipo de errores de comunicación que está

experimentando, debe escribirse el comando ComStatusOn en el Command Line y luego

ver el registro de actividades en el Activity Log Viewer (editor de configuración del

registro de actividades).

5.4.2.2.- Uso de tags

Un tag es un nombre lógico para una variable contenida en un dispositivo o en memoria

local (RAM). A los tags que reciben sus datos de una fuente externa, tal como un

controlador programable o un servidor, se les llama tags de dispositivo. A los tags que

reciben sus datos internamente de RSView32 se les llama tags de memoria.

Los tags se almacenan en la bases de datos de tags y sus nombres se pueden utilizar en

otras partes de RSView32. Se pueden crear tags de diferentes maneras. A continuación se

explican algunas formas de crear tags.

Tags a medida que se necesiten.

Creando varios tags a la vez.

Importar una base de datos de un PLC Allen-Bradley.

Creando tags utilizando el Object Model de RSView32 ó Visual Basic.



RSView32 utiliza los siguientes tipos de tags:

Tags análogos: Estos almacenan un rango de valores. Estos tags pueden representar

variables tales como temperatura o posición de controles de rotación.

Tags digitales: Se representan con 0 y 1 lógico. Estos tags pueden representar

dispositivos de dos estados, tales como relevadores, switches y contactores.

Tags de cadena: los cuales almacenan cadenas ASCII, caracteres, etc. Estos tags

pueden representar dispositivos que usen texto, tales como lectoras de código de barras,

etc.

Tags de sistema: Es aquella información generada mientras el sistema esta en

marcha, incluyendo información de alarmas, estados de comunicación, fecha y hora del

sistema, etc. Estos tags no se pueden editar, pero si se pueden usar en relación con otros

tipos de tags.

Se pueden crear los tags a medida que se vayan necesitando mientras se trabaja en otros

editores. Para realizar esto deben de seguirse los siguientes pasos:

En cualquier campo que se requiera un tag o una expresión, debe escribirse un nombre

de tag. Si el tag no existe en la base de datos de tags, el software pedirá que se cree el tag

al tratar de grabar. Se puede utilizar el nombre del tag sin crear este mismo, pero debe

asegurarse de crear el tag posteriormente o se producirán errores durante el tiempo de

ejecución.

Haciendo clic en el botón Tags ó en [...] (selección), se puede seleccionar, crear y editar

los tags como se muestra en la Figura 83.



Figura 83 Ventana para crear o editar tags.

Para crear varios tags a la vez, debe utilizarse el Tag Database (base de datos de tags)

como se muestra en la Figura 84, localizado dentro del Project Manager. Se pueden

organizar los tags en grupos utilizando carpetas. El uso de carpetas acelera la creación de

la base de datos, ya que se puede duplicar una carpeta y sus tags en una sola operación.

Por ejemplo, si se tiene varias máquinas similares que requieren los mismos tags, se puede

crear una carpeta para cada una de ellas.

Figura 84 Base de datos de los tags



Se pueden importar tags selectivamente de una base de datos PLC Allen-Bradley hacia la

base de datos de tags RSView32. Los tags importados de esta manera se copian en la base

de datos – no se comparten con la base de datos origen. Esto significa que los cambios a

los tags en RSView32 no afectan a la base de datos origen.

Para abrir el PLC Data Browser, debe hacerse clic en el botón DB en la barra de

herramientas ó en el botón Other DB en el Tag Browser (examinador de tags)

5.4.2.3.- Creación y edición de pantallas graficas

Se pueden crear una serie de pantallas gráficas como parte de un proyecto RSView32.

Una pantalla gráfica representa la actividad de la planta para el operador. Se puede mostrar

datos del sistema o del proceso y proporcionar a los operadores una manera de escribir

valores en un dispositivo externo como un controlador programable o un servidor.

Para crear una nueva pantalla gráfica se debe hacer doble clic en el icono del Graphic

Display Editor (editor de pantallas gráficas) en el Project Manager.

Al abrirse el editor, aparece una nueva pantalla en blanco lista para que se comience a

trabajar. Este editor es el área de dibujo en la cual se puede crear cualquier tipo de pantalla.

Para guardar la pantalla gráfica, basta con hacer un clic con el botón Save del Graphic

Toolbar. En el cuadro de diálogo Save As, escriba un nombre para la pantalla.

TIPOS DE PANTALLAS

Se puede crear cualquier tipo de pantalla en el Graphic Display Editor. Por ejemplo, se

puede crear una pantalla de tamaño completo que sirva como menú principal para todas

las otras pantallas o se puede crear una pantalla pequeña que emerja cuando sea necesario.

Las diferencias en las pantallas para los usuarios son el tipo de pantalla, el tamaño y el

comportamiento de esta.



El tipo de pantalla que se elija determina como interactúa esa pantalla con las otras:

Replace (reemplazo). Es el tipo de pantalla predeterminada. Este tipo es si se desea

que, al abrirse, la pantalla gráfica reemplaza a otras pantallas abiertas. RSView32 cerrará

cualquier pantalla gráfica con la que se superponga la pantalla recién abierta. De esta

manera no se necesita emitir comandos separados para cerrar las otras pantallas.

On top (visible). Se usa para mantener la pantalla gráfica visible en todo momento.

Se mantendrá visible aunque el enfoque esté en otra pantalla. Sin embargo, si se abre

simultáneamente más de una pantalla gráfica del tipo On Top (visible), la pantalla que

tiene el enfoque (focus), o la que ha tenido el enfoque más recientemente, aparece

adelante.

Overlay (superpuesta). Se utiliza si la pantalla gráfica no necesita reemplazar a otras

ni aparecer adelante. La pantalla se intercala entre otras pantallas, superponiéndose a

algunas y quedando bajo otras a medida que el enfoque cambia entre varias pantallas. Las

pantallas superpuestas siempre aparecen detrás de las pantallas Visibles y son

reemplazadas por las pantallas de Reemplazo. El uso excesivo de pantallas Superpuestas

puede afectar el rendimiento del sistema.

Se puede cambiar el color del fondo y el tamaño de las pantallas en cualquier momento

durante el proceso de dibujo. También se puede establecer valores predeterminados de

manera que el Graphic Display Editor se abra de la manera que se desee. El

establecimiento de un valor predeterminado es una manera de otorgar un diseño común a

las pantallas gráficas.

La especificación del color de fondo y tamaño de la pantalla se realiza en el cuadro de

diálogo Display Settings, el cual se llama mediante el menú de contexto con el botón

derecho del mouse como se muestra en la Figura 85.



Figura 85 Configuración de Display

Las bibliotecas y ejemplos contienen cientos de objetos que se pueden arrastrar y colocar

en la pantalla para ahorrar tiempo de dibujo. Algunos objetos pueden no ser exactamente

lo se necesita, pero se pueden cambiar según las necesidades.

Para ver una lista de las bibliotecas, debe hacerse un clic en el icono Library en la sección

izquierda del Project Manager. Los componentes de la biblioteca están enumerados en

la sección derecha del Project Manager.

Muchos objetos de bibliotecas ya tienen animación configurada. Cuando se arrastra y

coloca un objeto en una pantalla, se retiene toda la animación asignada a dicho objeto. Se

puede utilizar la animación tal y como está, pero generalmente convendrá cambiar el

nombre del tag asociado con la animación. Para cambiar el nombre del tag, debe utilizarse

la función de Tag Substitution.

CREACION DE BOTONES

Esta herramienta nos permite crear, etiquetar y especificar una acción para un botón. Se

pueden crear cuatro estilos diferentes de botón, asignándosele cualquier comando



RSView32 al botón para crear la acción del mismo. Esta herramienta se encuentra en la

barra Drawing tools ó en el menú Objects dentro de la opción Advanced Objects.

La apariencia del botón depende de la forma en que se indique. Las fuentes, colores, y

estilos de llenado disponibles para otros objetos gráficos también están disponibles para

los objetos Botón. También se puede importar una imagen gráfica para el botón a fin de

etiquetar el botón con un símbolo o ilustración.

Para crear botones del mismo tamaño, se puede crear un botón y luego duplicarlo. Para

editar el botón duplicado, debe hacerse doble clic en el botón, con lo cual se abre el cuadro

de diálogo Button Configuration.

La figura Figura 86 muestra el cuadro de diálogo Button Configuration con la ficha

activa General, en donde se indica el estilo del botón.

Figura 86 Configuracion de botones

Los usuarios esperan que los botones ejecuten acciones, y las acciones más comunes de

los botones son abrir y cerrar pantallas. Para asignar una acción a un botón, debe hacerse

clic en el mismo botón. En el cuadro de diálogo Button Configuration, debe hacerse un

clic en la ficha Action y especificar el tipo de acción que se desee.



A la mayoría de los objetos gráficos y librerías de objetos se les puede asignar animación,

aunque las características de animación varían según el objeto. Se puede asignar todos los

tipos de animación que se desee según sea al caso. Por ejemplo, aplicando animación de

ancho y altura a un objeto para que parezca que se está moviendo fuera o dentro de la

pantalla a medida que crece o se reduce.

Para desplegar las opciones de animación de un objeto o librería se selecciona el objeto

con un clic y se escoge del menú la opción Animation. Igualmente se puede acceder a las

opciones de animación a través del clic derecho del mouse, habiéndose seleccionado el

objeto según sea el caso.

Figura 87 Configuración de animación para objetos

Animation Tabs – Las tablas de animación permiten configurar el tipo de animación

que se quiera manejar del objeto.

Expression Area – El área de expresión permite establecer las operaciones

aritméticas, lógicas, de condición y de comparación de los tags que intervienen en la

operación. A continuación se muestra un ejemplo de una expresión.



Expresión Result – El resultado de la expresión especifica el cambio en la animación

del objeto según el resultado de la expresión.

Minimum and Maximum Values – Permite establecer los valores máximos y

mínimos que el objeto maneje en su animación



En este anexo se describirá el funcionamiento del hardware de la fuente de alimentación, los

puntos para poder calibrar la tarjeta de acondicionamiento de señales y para cambiar la

configuración de la fuente si es que se requiere en el futuro.

Figura 88 Lado izquierdo externo de la fuente

En la Figura 88, observamos el lado izquierdo de la fuente en donde está habilitado un

contacto 127 V de C.A (pensado para conectar la PC) y el puerto VGA para conectar la

computadora con el PLC.

Figura 89 Lado derecho externo de la fuente



Observamos en la Figura 88Figura 89, el lado derecho de la fuente en donde están las

botoneras para la alimentación del sistema de potencia a 220 V de C.A. El botón 1 es el

arranque del sistema de 220 V, con él se energizara la parte de potencia de la fuente. El botón

2 es el paro del sistema de 220 V. La botonera 3 es el paro de emergencia, si se presiona se

tiene que reestablecer manualmente para que vuelva a funcionar dicho sistema.

Figura 90 PLC del sistema

En la Figura 90, se muestra el PLC del sistema, el rack numero 1 es la fuente del PLC es

alimentada con 127 V de C.A y tiene su propio fusible de protección. El rack numero 2 es el

de comunicaciones, puede ser por medio de el cable tipo VGA o por medio de Ethernet, la

llave para seleccionar el modo en el que esta el PLC, esto se explica en el Anexo A. El rack

numero 3 son las entradas analógicas, su características de conexión se explica en el Anexo

anterior. En el rack numero 4 se conectan las salidas analógicas y en el rack numero 5 no se

ocupa en este momento, pero son salidas digitales, para el trabajo futuro en donde se

controlaran las presiones y niveles de agua y gas y temperatura. Para mas información del

PLC véase el Anexo A.



Figura 91 Botoneras de alimentación de 110 V

La Figura 91 muestra las botoneras que controlan la alimentación de 110 V de C.A. al

presionar el botón de 110 V, se energizaran los transformadores de alimentación de las

tarjetas, el contacto externo de la fuente, el contactor de 110 V. Después de accionar dicho

botón, ya se puede energizar el PLC con su propia botonera, esto es por si se desea trabajar

la fuente de manera manual que el PLC no este energizado.

Figura 92 Contactores y transformadores de alimentación del sistema



En la Figura 92, observamos en el número 1, el contactor de 220 V, que controla el sistema

de potencia, en el número 2, el contactor de 110 V, que energiza a las tarjetas electrónicas

del sistema, el número 3 y 4 son los transformadores encargados de alimentar las PCB´s.

Figura 93 SCR y transformador de potencia.

Mostramos en la Figura 93, el nivel inferior de la fuente, en donde el No. 1 es el SCR de

potencia protegido por un disipador de calor y material aislante para evitar cualquier contacto

con algún material conductor. El No. 2 es el transformador de acero al silicio, con el cual

obtenemos la energía suficiente para alcanzar el amperaje reportado. En el No. 3, observamos

la bobina de efecto Hall, que nos sirve para la medir la corriente y mandar la señal a la tarjeta

de acondicionamiento de señales.

Figura 94 Placa de datos del transformador de potencia



Figura 95 Palanca para mover el núcleo del transformador de potencia.

En la Figura 94 mostramos la placa de datos del transformador utilizado en el sistema, la

Figura 95 nos muestra el lado derecho externo de la fuente en donde está la palanca para

mover el núcleo del transformador y así poder aumentar la potencia de salida del mismo.

Figura 96 Tarjeta electrónica de alto voltaje



En la Figura 96 se muestra la tarjeta electrónica de alto voltaje, a continuación se describirán

los componentes de esta PCB.

1.- Alimentación de 18 V de C.D.

2.- Switch alimentador de la tarjeta

3.- Potenciómetro de precisión (controla el PWM manualmente)

4.- Switch seleccionador de modo de la tarjeta (Manual, con el potenciómetro, o Automático,

con el PLC)

5.- Terminales de alto voltaje

6.- Señal de entrada del PLC (control automático de PWM)

7.- Terminal alimentadora del Transformador de núcleo de ferrita 12 V C.D (si se desea que

la tarjeta tenga más voltaje de salida se debe aumentar el voltaje en esta terminal)

8.- Jumper, sirve para desconectar el transformador del control

9.- Retroalimentación de tarjeta de acondicionamiento de señales a tarjeta de alto voltaje.

Figura 97 Tarjeta de control de alta corriente

En la Figura 97 se muestra la tarjeta de control de alta corriente, a continuación se describirán

los componentes de esta PCB.



1.- Alimentación de la tarjeta +12, -12 y GND

2.- Señal de C.A para Amplificadores Operacionales

3.- Señal de control de PLC a tarjeta (controla el PWM)

4.- Switch seleccionador de modo (Manual, con potenciómetro o Automático, mediante PLC)

5.- Potenciómetro, controla el PWM de manera manual

6.- Pulsos de PWM hacia el SCR de potencia

Figura 98 Tarjeta de acondicionamiento de señales

En la Figura 98, observamos el PCB de acondicionamiento de señales de la fuente, a

continuación se describirá los componentes de esta tarjeta.

1.- Alimentación de la tarjeta proveniente de transformador de 24 V

2.- Entrada de señal de alto voltaje

3.- Potenciómetro para calibrar el medidor de voltaje de la PC

4.- Entrada de señal de PLC y entrada de 18 V de C.D (Medición de Voltaje)

5.- Entrada de +12, -12 y GND de la tarjeta de alimentación

6.- Entrada de señal de PLC (Medición de Corriente)

7.- Salida de +12, -12 y GND de la propia fuente de esta tarjeta.



8.- Entrada de señal proveniente de la bobina de efecto Hall

9.- Salida de 18 V de C.D.

Figura 99 Tarjeta electrónica de alimentación

En la Figura 99 observamos la tarjeta de alimentacion hacia las otras tarjetas, describiremos

a continuación los dispositivos de dicha PCB.

1.- Switch de alimentación

2.- Alimentación de tarjeta proveniente de transformador de 24 V

3.- Salida de señal de C.A

4.- Salida de +5, -5 y GND

5.- Salida de +12, -12 y GND

6.- Salida de 18 V



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