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Control de temperatura

CONTROL DE TEMPERATURA




Control de temperatura:
La técnica de control ON/OFF es simple y eficaz, y se utiliza con gran frecuencia en el control de procesos industriales que involucren magnitudes físicas de variación lenta.

El estado actual de temperatura se ingresa al controlador por medio de sensores y el sistema administra el encendido y apagado de calefactores de manera de mantener la temperatura alrededor de un valor elegido denominado SETPOINT.

Esta configuración puede ser utilizada para medir y controlar temperatura en la industria de los alimentos y en la ingeniería de procesos de campo.

Es aplicable para controlar la temperatura en líquidos y gases, los cuales no se encuentren sometidos a bajas presiones ni a ambientes químicos agresivos, en un rango de temperatura de –50 a 200 °C.

El sistema está compuesto por un sensor de temperatura (Sitrans T) que contiene un resistor dependiente de la temperatura. Los cambio de resistencia son ingresados a un LOGO! mediante un módulo de expansión AM2 Pt100 para luego poder ser procesado. La temperatura sensada puede ser visualizada sobre la pantalla del LOGO! y mediante un sencillo programa se encenderán o apagarán un conjunto de resistores que mantendrán la temperatura ambiente dentro de los márgenes preestablecidos.





Lista de materiales:
Fuente de alimentación LOGO! Power 1.3 A cod. 6EP1331-1SH02
LOGO 24 V ac/dc salida a relé 230 RC cod. 6ED1052-1MD00-0BA4
Módulo de expansión AM2 Pt100 cod. 6ED1055-1MD00-0BA0
Sensor de temperatura Sitrans Pt100 con transductor TK-L, rango de medición de 0 a 400 °C cod. 7MC1007-5DA11
Contactor Sirius (códigos de pedido según tabla de selección)
Opcionales:
Software de configuración LOGO! Soft Confort cod. 6ED1058-0BA00-0YA0
Cable para conexión LOGO! – PC cod. 6ED1057-1AA00-0BA0

Conexión del sensor al módulo AM2 Pt100:
El Sitrans T Pt100 contiene internamente un resistor Pt100. Un Pt100 es un caso especial de un dispositivo termo resistivo ó RTD y está constituido por un alambre de platino, el cual presenta una resistencia de 100 ohmios cuando se encuentra sometido a una temperatura de 0°C. Al aumentar la temperatura su resistencia se incrementa tal como lo muestra en forma aproximada la siguiente figura:

Valor resistivo del PT100

Temperatura

Este incremento no es totalmente lineal, razón por la cual se debe recurrir a tablas, de la misma manera que para una termocupla.

Un Pt100 es un dispositivo pasivo, que no genera por sí solo una diferencia de potencial en su salida, y requiere ser conectado a un módulo intermedio (AM2 Pt100) que sea capaz de sensar las variaciones de resistencia para luego trasladarlas con parámetros adecuados al sistema de control, linealizando además la respuesta del RTD. Una termocupla, por el contrario, es un sensor de temperatura activo ya que por sus propios medios brinda una tensión entre sus extremos proporcional a la temperatura a la cual se la somete (del orden de los mV).

Los Pt100 son elementos un poco más costosos que las termocuplas, pero superan a estas últimas en usos para bajas temperaturas. Un Pt100 puede ser colocado a una distancia considerable del dispositivo de medición (hasta unos 30 metros), utilizando cable de cobre común para hacer la conexión, sin tener problemas de temperaturas parásitas en esas junturas.
Existen tres formas básicas de conexión de un sensor Pt100, mediante dos, tres o cuatro hilos (conductores).
 

Conexión a dos hilos: La resistencia interna de los cables representadas como R1 y R2 se suman generando un error en el dispositivo de medición, el cual en lugar de medir únicamente la resistencia del Pt100, medirá la suma de la resistencia del Pt100 más la R1 y R2. Este método de medición es poco recomendable por su escasa precisión, y la estrategia recomendada para mejorar la medición es utilizar un cable lo más grueso y corto posible para disminuir las resistencias R1 y R2.


 

Conexión con tres hilos: Este tipo de conexionado resuelve el inconveniente del error generado por la resistencia interna de los cables y es el más común que se puede encontrar en las instalaciones. La única condición es que la resistencia interna de los tres cables debe ser la misma debido a que el sistema de medición por lo general utiliza un puente de Wheatstone mediante el cual se obtiene una tensión diferencial que puede ser acondicionada para llevar a cabo la medición. El tipo de conexión a 3 hilos anula la influencia

de la longitud del cable (resistencia óhmica) en el resultado de medición, pues mide la resistencia entre el borne 2 y 3 para luego restar este valor a la medición de interés dada entre los bornes 1 y 2.
Conexión con cuatro hilos: Consiste en un método que puede proporcionar una mayor precisión a consecuencia de requerir un dispositivo de medición más complejo y costoso, pero posibilitando que los cuatro cables sean de distinta resistencia y esto no altere la medición.

Consideraciones adicionales sobre la conexión de un Pt100:
La corriente que atraviesa el Pt100 es suministrada por el dispositivo de medición, se denomina “corriente de excitación”, y ronda en el rango de 0.1 mA a 2 mA. Si el aparato medidor genera una corriente demasiado alta, puede calentar demasiado al Pt100 originando un error de medición, sobre todo si el sensor con que se está trabajando es pequeño. No es recomendable instalar un Pt100 en lugares sometidos a muchas vibraciones pues es probable que se fracture.
Los sensores Pt100 se encuentran normalmente en la industria de alimentos, en la industria química y en infinidad de sistemas que manejen un rango de temperatura de –100 a 200 °C.
Utilizaremos una conexión a tres hilos como la mostrada en la siguiente figura:

Programa para el LOGO !



El software “LOGO! Soft Confort” permitirá programar el LOGO! mediante un cable de interfase que se conecta al puerto serie RS232 de un PC ó Notebook. Esta herramienta puede instalarse bajo una amplia gama de sistemas operativos tales como: Windows 95, 98, NT4.0, 2000, ME y XP.
La función B001 llamada “Conmutador analógico de valor de umbral” es un bloque interno de programación que permite encender y apagar una salida cuando la entrada supera un valor máximo ó está por debajo de un valor mínimo preestablecidos. Cuando la entrada analógica supera un valor umbral máximo encenderá su salida. Como en nuestro caso se precisa que realice la función inversa, o sea, que apague el resistor cuando la temperatura supera un valor máximo, se intercalará entre este bloque y la salida un inversor NOT (B002).

Comando del grupo de resistores:
El LOGO! efectuará el comando de una salida digital para el encendido y apagado de un grupo de resistores calefactores. La corriente máxima que puede manejar esta salida es por lo general insuficiente para este tipo de aplicaciones, por lo que se deberá utilizar un contactor como elemento intermedio de maniobra. Un contactor tamaño S00, como el 3RT1015, para un motor de 3 kW en 400 V, puede manejar hasta 7 A en categoría de empleo AC3 (para motores con rotor jaula de ardilla, comando de arranque y desconexión durante régimen permante, no en servicio intermitente). Si en cambio se lo utiliza para dispositivos resistivos (cos phi = 1), debe observar el valor máximo de corriente que soporta en categoría de empleo AC1, que es de 18 A. En definitiva, un contactor puede manejar mayor nivel de corriente si se está utilizando para comandar resistores que si se lo utiliza para motores, pues no tiene que soportar una corriente de arranque de 7,2 veces la corriente nominal de operación.

 

Modelo del contactor (código de pedido) Máxima corriente por polo en categoría de empleo AC1.
(A 40 °C hasta 690 V)
Potencia máxima de un resistor calefactor (conectado a una vía del contactor alimentado con 230 Vac) Potencia máxima de un conjunto de resistores calefactores (conexión trifásica, alimentación 400 Vac) Tamaño del contactor
3RT1015-1BB41 18 A 3960 W 11000 W S00
3RT1016-1BB41 22 A 4840 W 13000 W S00
3RT1023-1BB40 40 A 8800 W 23000 W S0
3RT1034-1BB40 50 A 11000 W 31000 W S2
3RT1035-1BB40 60 A 13200 W 38000 W S2


 

Estos modelos de contactores poseen una tensión de accionamiento en la bobina de 24 V cc. Los modelos con diferente tensión de alimentación difieren en los últimos 5 dígitos del código de pedido.
Si una aplicación particular requiere un margen de regulación muy acotado, el contactor deberá conmutar a una frecuencia mayor para efectuar un control más exacto en torno al setpoint seleccionado. Esto traerá como consecuencia que la vida útil de un contactor estándar sea un limitante, pues la misma está dada en función de la cantidad de maniobras, y a una frecuencia elevada, éstas transcurren en un corto tiempo. Además este tipo de contactores no tienen capacidad de respuesta para frecuencias elevadas de conmutación. En este caso es recomendable utilizar un contactor de estado sólido (3RF), donde su vida útil no depende de la cantidad de maniobras y permiten una frecuencia de conmutación elevada.


Otras alternativas para la medición de la temperatura:
Si dispone de un LOGO! 12/24 RC ó un LOGO! 24V DC, las entradas digitales I7 e I8 pueden utilizarse como entradas analógicas con un rango de 0 a 10 V. A estas entradas no se puede conectar directamente un sensor Pt100 porque no genera tensión por sus propio medios (sólo variaciones de resistencia), y requiere un transductor que según el valor de resistencia medido en su entrada, genere una tensión proporcional en su salida. El transductor Sitrans TK-L convierte las variaciones de resistencia del Pt100 en una corriente proporcional de salida de 4 a 20 mA. Las entradas I7 e I8 están preparadas para medición de tensión, por lo que deberá colocarse un resistor de 500 ohm para generar una caida de tensión de 2 a 10 V que pueda ser procesada por estas entradas analógicas integradas en el LOGO!.

Códigos de pedido del sensor y terminal para conexión del resistor (Conversión de I a V):
-Sensor Pt 100 y transductor SITRANS TK-L (rango de medición estándar de 0 to 100 °C) cod. 7MC1 006-1DA11-Z K00
-Terminales para inserción manual del resistor: 8WA1 011-1EE00 + 8WA1822-7EE00.

Salida de corriente del Transductor à Sitrans TK-L


 

  • Transductor de medición Sitrans T-KL cod. 7NG3120-0JN00 (recomendable únicamente para PT100)

  • Modem para Sitrans TK cod. 7NG3190-6KB (para parametrizar un transductor Sitrans TK desde una PC)

  • Software de parametrización SIPROM V2.1 (cod. 7NG3190-8KB)

Esquema interno del transductor para PT100 Sitrans TK-L (cod. 7NG3122-0JN00):



El convertidor SITRANS TK-L transforma la señal procedente de termorresistencias Pt100 en una señal de corriente continua independiente de la carga y adaptada a las características del sensor.
La señal de medición que llega desde el Pt100 (con conexión a 2, 3 ó 4 hilos) se amplifica en la etapa de entrada y luego se digitaliza mediante un conversor analógico-digital. En el microprocesador se linealiza la respuesta y se compensan las perturbaciones sobre el sensor (amortiguación, resistencia del cable, etc.), para luego transformar esta salida resultante en una señal de 4 a 20 mA de corriente continua a través de un conversor digital-analógico. Además dispone de numerosas funciones que aumentan la seguridad y facilitan el uso. Entre ellas figura la homologación Ex y la operatividad con temperaturas desde -40 °C hasta 85 °C. Su tamaño compacto permite alojarlo en un cabezal de conexión tipo B (DIN 43 729).



 

El rango de temperatura de trabajo es configurable desde una PC utilizando el software SIPROM V2.1 (cod. 7NG3190-8KB) y el MODEM para Sitrans TK (cod. 7NG3190-6KB). De esta forma se puede ajustar el espectro de temperatura para el cual se obtendrá la variación de corriente a la salida de 4 a 20 mA. Los transductores Sitrans TK-L no vienen preconfigurados por lo tanto estas herramientas de configuración son imprescindibles para la puesta en marcha. Este ajuste por software permite que un mismo modelo de transductor alcance para diversas aplicaciones.



Software de configuración SIPROM-TK, pantalla de edición de parámetros



Esquema de conexiones del transductor para la parametrización desde una PC