CONTROL DE VELOCIDAD, USANDO LA PLATAFORMA LABVIEW,...
129
CONTROL DE VELOCIDAD, USANDO LA PLATAFORMA LABVIEW, DE UN MOTOR TRIFÁSICO DE JAULA DE ARDILLA DE POTENCIA FRACCIONARIA. Fabián Guerrero Montaño Albín Arroyo Acosta Universidad De San Buenaventura Facultad De Ingeniería Programa De Ingeniería Electrónica Santiago De Cali 2015
Transcript of CONTROL DE VELOCIDAD, USANDO LA PLATAFORMA LABVIEW,...
CONTROL DE VELOCIDAD, USANDO LA PLATAFORMA LABVIEW, DE UN
MOTOR TRIFÁSICO DE JAULA DE ARDILLA DE POTENCIA FRACCIONARIA.
Fabián Guerrero Montaño
Albín Arroyo Acosta
Universidad De San Buenaventura
Facultad De Ingeniería
Programa De Ingeniería Electrónica
Santiago De Cali
2015
2
CONTROL DE VELOCIDAD, USANDO LA PLATAFORMA LABVIEW, DE UN
MOTOR TRIFÁSICO DE JAULA DE ARDILLA DE POTENCIA FRACCIONARIA.
Fabián Guerrero Montaño
Albín Arroyo Acosta
Presentado A:
Comité Ingeniería Electrónica
Director:
Ing. Juan Carlos Cruz, Mg
Universidad De San Buenaventura
Facultad De Ingenierías
Programa De Ingeniería Electrónica
Santiago De Cali
2015
3
NOTA DE ACEPTACIÓN
El trabajo de grado CONTROL DE VELOCIDAD, USANDO LA PLATAFORMA
LABVIEW, DE UN MOTOR TRIFÁSICO DE JAULA DE ARDILLA DE POTENCIA
FRACCIONARIA, en la modalidad de investigación, es aceptado como requisito
para obtener el título de ingeniero electrónico.
Director de tesis Ing. Juan Carlos Cruz
Jurado Ing. José Fernando Valencia
Jurado Ing. Daniel Fernando Valencia
Santiago de Cali, 24 de noviembre de 2015
4
AGRADECIMIENTOS
Queremos en primer lugar agradecer a nuestros padres, por su valioso apoyo en
cada momento difícil de nuestra carrera, por brindarnos la oportunidad de estudiar
y a cada uno de nuestros profesores y compañeros que hicieron parte de este
proceso.
Agradecemos a nuestro director de tesis el MG. Juan Carlos Cruz Ardila por su
constante colaboración y asesoría en cada etapa de nuestro proyecto y a la
universidad San Buenaventura Cali por ofrecernos unos espacios y educación de
alta calidad.
5
TABLA DE CONTENIDO
Pág.
AGRADECIMIENTOS ............................................................................................. 4
TABLA DE CONTENIDO ........................................................................................ 5
LISTA DE FIGURAS ............................................................................................... 7
LISTA DE TABLAS ............................................................................................... 10
INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 11
1 PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN ................................................................. 14
1.1 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ........................................................... 14
1.2 JUSTIFICACIÓN ....................................................................................... 15
1.3 OBJETIVOS .............................................................................................. 17
2 MARCO REFERENCIAL ................................................................................ 18
2.1 ESTADO DEL ARTE ................................................................................. 18
2.2 MARCO CONCEPTUAL ........................................................................... 23
3 DESARROLLO DEL PROTOTIPO ................................................................. 41
3.1 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO .............................................................. 41
3.2 REQUERIMIENTOS DEL PROCESO ....................................................... 45
3.3 SELECCIÓN SISTEMA DE COMUNICACIÓN .......................................... 46
3.4 SELECCIÓN SENSOR DE VELOCIDAD .................................................. 49
3.5 SELECCIÓN TARJETA DE DESARROLLO ............................................. 61
3.6 DISEÑO CIRCUITAL DEL SISTEMA EMBEBIDO .................................... 65
3.7 PROGRAMACIÓN SISTEMA EMBEBIDO ................................................ 72
4 DISEÑO DEL CONTROLADOR ..................................................................... 78
4.1 MODELOS DE CONTROL ........................................................................ 78
4.2 CONTROL DE VELOCIDAD USANDO LÓGICA DIFUSA ......................... 90
5 CONTROLADOR BASADO EN LÓGICA DIFUSA IMPLEMENTADO EN
LABVIEW ............................................................................................................ 100
5.1 DISEÑO DE LA HMI ................................................................................ 103
6
6 PRUEBAS Y VALIDACIÓN DE RESULTADOS ........................................... 105
6.1 TIEMPOS DE ESTABILIZACIÓN ............................................................ 105
6.2 RESPUESTA DEL CONTROL DIFUSO ANTE CARGAS EN LA BANDA 109
7 GUIAS DE LABORATORIO ......................................................................... 113
7.1 PRÁCTICA 1: CONTROL DE VELOCIDAD DE UN MOTOR TRIFÁSICO
USANDO LÓGICA DIFUSA .............................................................................. 113
7.2 PRÁCTICA 2: CONTROL DE VELOCIDAD DE UN MOTOR TRIFÁSICO
USANDO LÓGICA DIFUSA IMPLEMENTADA EN LABVIEW ........................... 117
CONCLUSIONES ................................................................................................ 120
RECOMENDACIONES ........................................................................................ 123
BIBLIOGRAFIA ................................................................................................... 124
7
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Recopilación de documentos publicados, por países entre 2000 y
2014, relacionados con los controles de velocidad de motores trifásico,
producto de la vigilancia tecnológica _____________________________ 18
Figura 2 : Rotor de jaula de ardilla, rotor devanado y estator de un motor de
inducción trifásico. ___________________________________________ 23
Figura 3 : Rotación Del Campo Magnético En Un Motor De Inducción. __ 24
Figura 4 : Conexión Equivalente De Una Caja De Bornes De Un Motor De
Inducción, _________________________________________________ 25
Figura 5: Ejemplo De Conexión Para El Arranque Directo De Un Motor De
Inducción. _________________________________________________ 26
Figura 6 : Ejemplo De Conexión Para El Arranque Por Estrella-Triangulo De
Un Motor De Inducción._______________________________________ 27
Figura 7 : curvas de corriente vs velocidad de un motor de inducción con
arranque suave vs arranque directo _____________________________ 28
Figura 8 : Modificación Del Ángulo De Los Tiristores Para Controlar El Par
Para El Arranque. ___________________________________________ 29
Figura 9 : Ilustración Deslizamiento, fuente: (Montes Perez, 2013) ____ 32
Figura 10 : Grafica De La Curva Par-Velocidad Del Motor Jaula De Ardilla,
Fuente: (Montes Perez, 2013) _________________________________ 33
Figura 11. Comparativo control difuso y PID. ______________________ 34
Figura 12 : Funcionamiento efecto hall. __________________________ 36
Figura 13. Microcontrolador ATmega 328. ________________________ 38
Figura 14. Primera aplicación con motor trifásico para estudiar su
funcionamiento. _____________________________________________ 41
Figura 15. Banda transportadora de la planta de jabón del edificio los
naranjos, Universidad de san Buenaventura Cali. __________________ 42
Figura 16. Motor de inducción de la banda transportadora ____________ 44
Figura 17. Variador de frecuencia VLT Micro Drive de marca Danfoss. __ 45
Figura 18. Diagrama de control _________________________________ 46
Figura 19. Características comunicación serial y paralela ____________ 47
Figura 20. Comparación costos de sensores ______________________ 50
Figura 21. Sensor de efecto Hall UGN3503 _______________________ 53
8
Figura 22. Montaje de sensor de efecto Hall UGN3503 con arduino UNO en
el motor trifásico de la banda- __________________________________ 54
Figura 23. Señal proporcionada por el sensor de efecto Hall. __________ 55
Figura 24. Circuito implementado para acondicionar la señal. _________ 56
Figura 25. Señal resultante del circuito comparador. ________________ 56
Figura 26. Señal tomada del sensor de revoluciones por minuto de la banda
transportadora mediante el sensor Hall gracias a la plataforma Matlab®. 57
Figura 27. Encoder incremental E50S8-360-3-T-24. _________________ 58
Figura 28. Conector del Encoder incremental E50S8-360-3-T-24 ______ 59
Figura 29. Montaje del encoder E50S8-360-3-T-24 con arduino UNO en un
motor DC. _________________________________________________ 60
Figura 30. Señal proporcionada por el encoder. ____________________ 60
Figura 31. Señal adquirida del senso de revoluciones por minuto de un
motor DC mediante el encoder gracias a la plataforma Matlab®. _______ 61
Figura 32. Diagrama esquemático del variador de frecuencia VLT micro
drive _____________________________________________________ 66
Figura 33. Tablero de mando del variador de frecuencia _____________ 67
Figura 34. Diseño circuital. ____________________________________ 69
Figura 35. Circuito implementado para seleccionar el mando de la banda. 71
Figura 36. Inicializaciones para el funcionamiento del temporizador y la
interrupción ________________________________________________ 75
Figura 37. Diagrama de flujo de la interrupción externa y el temporizador 75
Figura 38. Diagrama de flujo de la bucla principal __________________ 77
Figura 39. Resultados de la investigación del control de velocidad de un
motor de inducción basado en un modelo de referencia. _____________ 80
Figura 40. Inversor trifásico de 4 switches utilizado en el control de
velocidad sin sensor basado en modelo de referencia adaptativo (MRAS).81
Figura 41. Esquema teórico del estimador de velocidad (bucla de control) 83
Figura 42. Esquema del sistema global del algoritmo de control sin sensor
_________________________________________________________ 83
Figura 43. Resultados del experimento de cambio de velocidad (a)
velocidad del motor ante un escalón _____________________________ 84
Figura 44. Resultados del experimento de cambio de velocidad (b) prueba
de velocidad del motor ante situaciones cambiantes. ________________ 85
Figura 45. Diagrama de bloques del control PI clásico usando Simulink. _ 86
Figura 46. Diagrama de bloques del control difuso usando Simulink. ____ 87
9
Figura 47. Funciones de pertenencia del control difuso: error de velocidad.
_________________________________________________________ 87
Figura 48. Funciones de pertenencia del control difuso: variación del error.
_________________________________________________________ 88
Figura 49. Funciones de pertenencia del control difuso: incremento del
deslizamiento. ______________________________________________ 88
Figura 50. Arranque del motor tomando en cuenta velocidad (RPM) y
deslizamiento del 10%. _______________________________________ 89
Figura 51. Función de pertenencia triangular ______________________ 93
Figura 52: Funciones triangulares de entrada- ERROR. ______________ 94
Figura 53. Funciones triangulares de entrada- CAMBIO DEL ERROR. __ 94
Figura 54. Respuesta RPM vs PWM _____________________________ 96
Figura 55 : Funciones triangulares de salida. ______________________ 97
Figura 56. Diagrama de bloques control de velocidad número 1. ______ 100
Figura 57. Diagrama de bloques control de velocidad número 2. ______ 101
Figura 58. Controlador Fuzzy. _________________________________ 102
Figura 59. Diagrama de bloques control de velocidad número 2. ______ 103
Figura 60. Panel frontal control de velocidad. _____________________ 104
Figura 61. Estabilización velocidad 0 a 2. ________________________ 106
Figura 62. Estabilización velocidad 2 a 3. ________________________ 107
Figura 63. Estabilización velocidad 3 a 4. ________________________ 108
Figura 64. Cambio de dirección. _______________________________ 109
Figura 65. Carga 80 kg en nivel 4. _____________________________ 110
Figura 66. Carga 80 kg en nivel 5. _____________________________ 111
Figura 67. Carga 80 kg en nivel 6. _____________________________ 112
10
LISTA DE TABLAS
Tabla 1: Características ATmega 328 ____________________________ 39
Tabla 2. Valores técnicos del motor trifásico 1AL 073-4YA60 Siemens __ 41
Tabla 3. Valores técnicos del motor trifásico 5K91S4 CSM MOTORI ____ 44
Tabla 4. Valores técnicos del variador de frecuencia VLT Micro Drive
Danfoss ___________________________________________________ 45
Tabla 5. Características de operación del Sensor de efecto Hall
UGN3503(Allegro, 2002) ______________________________________ 54
Tabla 6. Características de operación del Encoder E50S8-360-3-T-24
(Autonics, N.D.) _____________________________________________ 58
Tabla 7. Tabla de colores del conector del Encoder E50S8-360-3-T-24 __ 59
Tabla 8. Requerimientos del sistema ____________________________ 62
Tabla 9. Características principales de las tarjetas de desarrollo. ______ 63
Tabla 10. Relación entre voltaje del reóstato y la frecuencia del variador 68
Tabla 11. Tabla para asignar el valor del Preescaler (Atmel, 2014) _____ 74
Tabla 12. Tabla de instrucciones especiales para la comunicación serial 76
Tabla 13: Clasificación de variables entrada y salida. ________________ 91
Tabla 14: Variables lingüísticas de entrada. _______________________ 92
Tabla 15 : Variables lingüísticas de salida. ________________________ 95
Tabla 16. Valores durante funcionamiento de la planta ______________ 95
Tabla 17 : Matriz de interferencias ______________________________ 99
11
INTRODUCCIÓN
Pensando en fomentar el aprendizaje de los estudiantes de ingeniería electrónica
en la universidad de San Buenaventura Cali, se optó por utilizar el motor de
inducción trifásico con su respectivo variador de frecuencia acoplado a una banda
transportadora de aproximadamente 4 metros en la planta de jabón del edificio los
naranjos; para poder estudiar su funcionamiento y enriquecer el aprendizaje de los
estudiantes sobre la electrónica aplicada en la industria.
La banda tiene como función, en la planta de jabón, transportar envases de jabón
sin tapa para ser tapados y empacados por operarios. El motor de inducción es
capaz de ejercer una velocidad angular de 1690RPM y la banda posee una
velocidad angular máxima de 120RPM gracias a la caja reductora que esta
acoplada al eje del motor. El proceso de control es realizado por un computador
central gracias a una interfaz gráfica desarrollada en un entorno gráfico de
programación llamado LabView debidamente licenciada.
El aprendizaje de motores trifásicos y de creación de interfaces HMI1 para
operarios, puede ser de utilidad para los estudiantes que se proyecten en trabajar
en el campo de la automatización industrial, puesto que, al salir de la universidad e
ingresar en la vida laboral se encontrará con procesos los cuales dependan del
correcto funcionamiento del motor de inducción trifásico y de una óptima
interactividad entre el usuario y la planta.
1 HMI: siglas de Interfaz Humano Máquina en inglés.
12
Tomando en cuenta la anterior premisa surge la siguiente pregunta: ¿De qué
manera es posible implementar un control de velocidad, de un motor trifásico de
jaula de ardilla de potencia fraccionaria, en la plataforma LabVIEW, para favorecer
el proceso de formación del ingeniero electrónico de la Universidad de San
Buenaventura Cali?
Para solucionar la anterior interrogante se realizó un control difuso por medio de la
interfaz LabVIEW comunicándose con el motor trifásico y dominándolo por medio
de la tarjeta de desarrollo Arduino UNO, realimentando el sistema por medio de un
encoder incremental Autonics E50S8-360-3-T-24, permitiendo seleccionar el
control de la banda transportadora de forma manual o automática y creando una
opción para que los estudiantes puedan estudiar los motores de inducción trifásica
y la aplicación de la electrónica en la industria.
Con el fin de corroborar la realización del proyecto, se construye un documento
con 6 capítulos. Iniciando con una formulación del problema, justificación y los
objetivos a cumplir. En el segundo capítulo se determina un marco referencial,
destacando un estado de arte como base para toda la investigación realizada,
además de contar con un marco conceptual que contiene todos los temas teóricos
que fundamentaran el desarrollo del proyecto. En un tercer lugar se presenta el
desarrollo del prototipo, donde se encontrará una descripción del proceso,
evidenciando las condiciones que se tenían para desarrollar la propuesta; de igual
forma se evidencian los requerimientos del sistema y que ítems se tendrán en
cuenta para seleccionar un tipo de comunicación y la tarjeta de desarrollo más
apropiada. En el capítulo número 4 se puede apreciar las condiciones que se tiene
en cuenta para la selección del controlador, y de tal forma lograr el diseño más
adecuado para el control del proceso, teniendo en cuenta los disturbios y
velocidades que maneja la planta. El quinto capítulo está conformado por toda la
implementación del control seleccionado en la plataforma LabVIEW, en donde se
identifica como se encuentra estructurado los mandos de control y la misma
realimentación al sistema. Por último, se construye el capítulo de pruebas y
13
validación de resultados, en donde se verifica la respuesta del control ante los
cambios generados al proceso, además de los tiempos de estabilización que
presenta el sistema frente a un cambio de velocidad.
14
1 PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN
1.1 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
En la industria es muy común el uso de motores de inducción trifásicos, puesto
que estos poseen diferentes ventajas y son usados en variedad de maquinarias
que necesiten un motor robusto y alta eficiencia energética. Gracias al avance de
la investigación en la electrónica de potencia, este tipo de motores se están
empleando en aplicaciones que exigen una regulación de su velocidad, trabajo
que antes era realizado por los motores de DC (Valenzuela, 2013)
Un estudiante de ingeniería electrónica en la universidad de San Buenaventura,
adquiere diversos conocimientos a lo largo de los semestres cursados, ya sea en
el tema de circuitos, programación, matemáticas, etc. Conocimientos que a través
de los años, ayudan a fomentar un criterio analítico en la mentalidad de los
estudiantes, para que puedan ser aptos en un futuro para solucionar problemas
desde otra perspectiva en sus desempeños profesionales y solucionarlos de
forma creativa, asertiva e innovadora.
A lo largo de los años se han creado controles para regular el funcionamiento de
un motor de corriente alterna que comúnmente es utilizado en la industria. Los
controles pueden ir desde circuitos discretos con relevadores o tiristores hasta
programación de micro-controladores y PLCs. Gracias a la implementación de
estos controles se puede prolongar la vida útil de los motores trifásicos, además
de poder controlar muchas variables de vital importancia en el funcionamiento
regular, tanto del motor como del proceso mismo a ejercer.
En el laboratorio de ingeniería electrónica de la universidad de San Buenaventura
se dispone de un motor trifásico de 0.75 caballos de fuerza de referencia 1LA7
073-4YA60 de la marca Siemens. También se cuenta con la herramienta virtual
LabVIEW debidamente licenciada y con su respectiva tarjeta de adquisición de
15
National Instruments, para que los programas de LabVIEW se puedan comunicar
con circuitos eléctricos del exterior. Sin embargo, se ha identificado que existe
ausencia de prácticas de laboratorio que integren dichas herramientas que son
bastante usadas en la industria.
En el contenido programático del Plan de Estudios hay una asignatura que se
cursa en 7° semestre, llamada Electrónica de Potencia, en la cual se estudian los
motores de inducción y demanda prácticas donde los estudiantes experimenten
mecanismos de control de velocidad por interfaces HMI, las cuales pueden ser
implementadas en LabVIEW. Esta asignatura es fundamental para que los
estudiantes adquieran habilidades en dicha plataforma virtual y un mayor
conocimiento en los motores trifásicos, permitiéndole poseer una formación de alta
calidad concerniente al campo industrial.
El aprendizaje de motores trifásicos puede ser de utilidad para una persona que se
proyecte en un futuro en trabajar en el campo de la automatización o de la
industria, puesto que, al salir de la universidad e ingresar en la vida laboral se
encontrará con procesos los cuales dependan del correcto funcionamiento del
motor de inducción trifásico.
Por lo anteriormente mencionado, en este trabajo investigativo, se propone
resolver la siguiente pregunta problema:
¿De qué manera es posible implementar un control de velocidad, de un motor
trifásico de jaula de ardilla de potencia fraccionaria, en la plataforma LabVIEW,
para favorecer el proceso de formación del ingeniero electrónico de la Universidad
de San Buenaventura Cali?
1.2 JUSTIFICACIÓN
Los motores de jaula de ardilla se han convertido en equipos importantes de alta
potencia para la ejecución de tareas significativas tanto en el ámbito industrial
16
como en el agrícola. Que falle un motor de estos podría representar un frenado en
los procesos regulares de la planta, generando fallas significativas en cuestiones
económicas y de producción. (Zhao & Whang, 2011)
Gracias a la importancia que han adquirido los motores de inducción en el
mercado es pertinente que los estudiantes de ingeniería electrónica de la
universidad de San Buenaventura Cali, adquieran conocimientos sólidos en dichos
motores para que estén a la vanguardia de las necesidades del campo laboral.
LabVIEW es muy usado en la industria por su versatilidad, ya que es una
herramienta virtual que permite crear sistemas de control con un lenguaje de
programación gráfico, intentando que la programación sea más intuitiva para los
desarrolladores. Paralelamente LabVIEW permite crear una interfaz gráfica de
manera sencilla y sobria; sin necesidad de montar un código extenso aparte en
alguna otra plataforma de programación orientada a objetos, que aleje el objetivo
principal del programa, el cual es crear un sistema de control.
LabVIEW también permite crear instrumentos virtuales como botones, perillas y
pantallas, que permiten integrar varios comandos en una sola pantalla sin
necesidad de periféricos externos innecesarios y facilitando la tarea de diseño de
Hardware; para poder ver en tiempo real las muestras tomadas de los sensores y
el funcionamiento del sistema de control implementado por medio de la pantalla de
un computador común y corriente.
La posibilidad que LabVIEW interactúe con un motor de inducción trifásico, es
fundamental en la formación de los estudiantes, porque por medio de la
herramienta se pueden crear sistemas de control sencillos y eficaces, además de
poder implementar Hardware por medio de los instrumentos virtuales que
optimizan los mecanismos de control de los procesos que se hallan en la industria.
17
1.3 OBJETIVOS
1.3.1 Objetivo general
Implementar un control de velocidad, de un motor trifásico de jaula de ardilla de
potencia fraccionaria, en la plataforma LabVIEW para favorecer el proceso de
formación del ingeniero electrónico de la Universidad de San Buenaventura Cali.
1.3.2 Objetivos específicos
Estudiar el funcionamiento de los motores de inducción trifásicos, tomando
en cuenta las condiciones de energización, arranque, y velocidad
Analizar tres modelos de control de velocidad existentes para el motor
trifásico de inducción.
Diseñar una interfaz gráfica para el usuario, en la cual pueda interactuar
con el controlador de la planta de una manera óptima.
Implementar el control de velocidad del motor trifásico, utilizando la
plataforma LabVIEW.
Desarrollar un artículo que presente el diseño e implementación del control
de la planta utilizado, divulgando los resultados obtenidos generando
fundamentos para desarrollos futuros en prácticas de laboratorio con
motores trifásicos.
18
2 MARCO REFERENCIAL
2.1 ESTADO DEL ARTE
En una marcha acelerada por mejorar los procesos tecnológicos de la producción
de manufacturas, las potencias mundiales han estudiado y mejorado los controles
de velocidad de los motores trifásicos. Después de realizar una vigilancia
tecnológica en el tema, en la Figura 1 se puede apreciar que China en su proceso
de convertirse en el líder mundial en producción de manufacturas, ha investigado
a fondo sobre los usos, causas de averías y controles de los motores trifásicos,
puesto que, estos son ampliamente utilizados en la automatización de procesos
industriales. (Zhao & Whang, Research on Broken rotor bar Fault Diagnosis of
Induction Motor Based on LabVIEW , 2011) (Prasad & Rumbaugh, 2003)
Figura 1: Recopilación de documentos publicados, por países entre 2000 y 2014,
relacionados con los controles de velocidad de motores trifásico, producto de la vigilancia
tecnológica
Fuente: www.scopus.com
El principal factor para el nacimiento y crecimiento de una industria o de alguna
idea en general es cuando esta se gesta como una respuesta a la demanda
19
interna. Para que una nación pueda llegar a ser potencia industrial, debe estar a la
vanguardia en implementación de tecnología, para que los procesos que sean
desarrollados, generen resultados óptimos. Como se pudo apreciar en la Figura 1,
debajo de China se encuentran otros países, que también son reconocidos
productores de manufacturas y que encuentran los motores trifásicos como una
alternativa viable para controlar movimientos que sean requeridos en algún
proceso determinado y que suplan las necesidades que demande la industria.
(Villareal & Villeda, 2006) (Prasad & Rumbaugh, 2003).
Con el surgimiento de los motores eléctricos alrededor del siglo XIX y por medio
de la investigación de varios científicos reconocidos, a nivel industrial se produjo
un gran impacto en la implementación de tecnología para procesos, surgiendo
como nueva alternativa para realizar movimientos necesarios en la ejecución de
alguna tarea en específico, brindando como una de sus bondades, una forma de
alimentación diferente a las existentes en esa época, la cual resultaba ser
interesante para las industrias en el sentido de ahorro en costos de consumo de
combustibles fósiles y llamativa por el descubrimiento reciente de la electricidad.
Como predijo Karl Marx en una de sus premisas: “la electricidad causará una
revolución de mayores alcances que la que se vivía en la época con las máquinas
de vapor”. (Landa Delgado, 2013) (Doppelbauer, 2014).
A nivel industrial es muy común el uso de motores de inducción trifásicos, puesto
que estos poseen diferentes ventajas y son usados en variedad de maquinarias
que necesiten un motor robusto y alta eficiencia energética. Gracias al avance de
la investigación en la electrónica de potencia, este tipo de motores se están
empleando en aplicaciones que exigen una regulación de su velocidad, trabajo
que antes era realizado por los motores de DC. (Valenzuela, 2013).
Es así como, a lo largo de los años se han creado controles para regular la
velocidad de un motor de corriente alterna que comúnmente es utilizado en la
industria. Los controles pueden ir desde circuitos discretos con relevadores o
20
tiristores hasta programación de micro-controladores y PLCs. Gracias a la
implementación de estos controles se puede proteger la vida útil de los motores
trifásicos, además de poder controlar muchas variables de vital importancia en el
funcionamiento regular, tanto del motor como del proceso mismo a ejercer. (Silva,
2010)
Existen modelos de control de motores de inducción que no necesitan de sensor
para realimentar, sino que son basados en modelos matemáticos que describen
su funcionamiento y ayudan al controlador a regular el proceder del motor de
forma óptima. Un claro ejemplo es el diseño de control de velocidad de un motor
de inducción basado en un modelo de referencia, realizado en conjunto por los
ingenieros Yang Zhiping, Yue Quiqin, Ye Young de la Universidad de Chongqing-
China, los cuales desarrollaron su sistema de control por medio de un modelo
matemático basado en la teoría de estabilidad de Lyapunov, aplicando un análisis
vectorial a la corriente de estator y al flujo del rotor de la máquina, para estimar la
velocidad del motor y así crear un control variable. (Zhiping, Quiqin, & Young ,
2012)
Los controles de motores de inducción sin sensor, son ampliamente utilizados en
la industria por su fiabilidad y flexibilidad, especialmente en campos hostiles. Sin
embargo el desarrollo de muchos de los controles con sensores en motores de
inducción a bajas velocidades no es muy eficiente. M.K. Metwally de la
Universidad de Alexandria-Egipto, presenta un modelo de referencia de un
sistema adaptativo (MRAS), basado en la resistencia del estator y en
estimaciones de unidades del motor de inducción alimentados por un inversor
trifásico de 4 switches en la región de baja velocidad. Como realimentación se
utiliza la velocidad estimada en un sistema de control de vectores. El sistema
posee como ventaja eliminar errores en la adaptación de velocidades, haciendo
que el proceso sea más estable y robusto. (Metwally, 2013)
21
El utilizar los tipos de control clásico como lo es un PID, permiten un sobresaliente
rendimiento de control en sistemas dinámicos, debido a sus tiempos de respuesta,
sin embargo en ocasiones se requiere una mayor estabilidad y precisión en el
sistema, y es ahí donde el ajuste de este tipo de control se vuelve más complicado
por el hecho de que los cambios son más bruscos, por ello se presenta el control
P difuso, generando una mejor respuesta frente a los disturbios presentados en
las señales del proceso. (Ferreyra & Fuentes)
Los dispositivos de monitoreo y medición detectan valores energéticos de
alimentadores y consumidores individuales, además de proveer valores medios
necesarios para la evaluación del estado del sistema y la calidad de la energía. El
entorno gráfico LabVIEW posee gran capacidad de adquisición, análisis y
presentación de datos en un solo paquete, logrando crear una solución integral
para cualquier problema a solucionar y facilitando la creación de sistemas de
monitoreo por medio de una interfaz gráfica en un computador cualquiera que esté
conectado a internet, el cual pueda comunicarse, ilustrar y editar en tiempo real el
estado del control de la máquina, demostrando que LabVIEW es ideal para el
monitoreo de máquinas y para aplicaciones de mantenimiento preventivo
necesario para controles determinísticos (Montes Perez, 2013).
Por medio del entorno gráfico de programación LabVIEW, el ingeniero Hugo
Montes Pérez de la Universidad Veracruzana de México implementó un control de
velocidades de un motor de inducción por vía remota, haciendo que por medio de
su computador portátil con la plataforma debidamente instalada pueda
comunicarse con el control de velocidad del motor por medio de la aplicación Web
Publishingtool de LabVIEW, la cual brinda un servidor que guarda la información
necesaria para el control y así permite que el operario pueda observar los valores
del motor, de tal forma poder ejecutar acciones correctivas necesarias para un
funcionamiento adecuado. (Montes Perez, 2013)
22
A traves de LabView los ingenieros L. E. Ramos, J. C. Ramos, O. Islas, J. García,
M.A. Espejel, M.A. Márquez de la Universidad Autónoma de Hidalgo-México,
desarrollaron un modelo de identificación y control PID clásico que se realiza por
medio de una red neuronal de base radial con funciones de activación wavelet
hijas Morlet. Adicionalmente, se agrega en cascada un filtro de respuesta infinita al
impulso (IIR) que reduce el ruido. Dicho esquema se implementa a un motor
trifásico de jaula de ardilla, alimentado por un variador de frecuencia y planteando
un control que no necesita obtener parámetros de modelos matemáticos para el
variador de frecuencia, sino que se produce la comparación por medio de 12
wavelets con el set point de velocidad y por medio del filtro de respuesta infinita al
impulso se descartan las redes que aportan menos al proceso de identificación, y
el controlador realiza su proceso de adecuación de la señal para que el motor
regule su velocidad. (Ramos, Ramos, Islas, & Garcia, 2013).
23
2.2 MARCO CONCEPTUAL
2.2.1 Motores de inducción. Los motores asíncronos o de inducción, son
máquinas rotativas de flujo variable y sin colector. La corriente alterna
genera el campo inductor. Habitualmente, el devanado del estator (inductor)
es alimentado por la corriente y el devanado del rotor es alimentado por
inducción (inducido). Las corrientes en el motor de inducción se transmiten
a través de la acción del transformador por medio del devanado del estator,
así mismo los devanados del rotor se encuentran en corto circuito y con
reiteración no despliegan conexiones externas. El rotor jaula de ardilla se
conforma por un conjunto de barras de cobre que se distribuyen
equitativamente en las ranuras, las cuales se encuentran conectadas en los
extremos del rotor por medio de un anillo. Se puede identificar un rotor de
tipo jaula de ardilla, un rotor devanado y un estator para motor trifásico, en
la Figura 2. (Landa Delgado, 2013) (Escuela Técnica Superior de
Telecomunicaciones, N.D.) (Fitzgerald, Kingley, & Umans, 2004)
Figura 2 : Rotor de jaula de ardilla, rotor devanado y estator de un motor de
inducción trifásico.
Fuente: http://autodesarrolloelectricidadpractica.blogspot.com/2011/07/motores-
electricos.html
24
El flujo del devanado de armadura o inducido en el motor de inducción, guía
al rotor y produce un par electromecánico. Los flujos del rotor y estator rotan
entre ellos sin sincronía gracias al desfase de 120º que hay entre cada una
de las fases del motor produciendo un deslizamiento del rotor con respecto
al flujo del devanado de armadura, estas producen las corrientes del rotor
inducidas y como consecuencia el par. En la Figura 3 se ilustra el campo
magnético rotatorio producido para que un motor de inducción pueda
marchar (Fitzgerald, Kingley, & Umans, 2004).
Figura 3 : Rotación Del Campo Magnético En Un Motor De Inducción.
Fuente: http://en.wikipedia.org/wiki/Rotating_magnetic_field
Por medio de la caja de bornes se realizan las conexiones del motor,
proporcionando el flujo eléctrico que permite marchar (girar). Los principios y
finales de las bobinas del estator se encuentran dentro de la caja de bornes, con el
objetivo de que se pueda recurrir al motor para diferentes tensiones de línea; el
tipo de conexión se basa de acuerdo con el catálogo o instrucciones del
fabricante. En la
Figura 4 se analiza la distribución de la caja de bornes con respecto a las
bobinas del estator de un motor comercial. (Escuela Técnica Superior de
Telecomunicaciones, N.D.) (Bedòn Páez & Sánchez Hidalgo, 2011).
25
Figura 4 : Conexión Equivalente De Una Caja De Bornes De Un Motor De Inducción,
Fuente: (Eaton Electrics, 2011).
2.2.2 Arranque de motores. El arranque de motores se define como el proceso
temporal en el que se aumenta la velocidad del mismo, desde un estado de
inmovilidad hasta que logra alcanzar su velocidad nominal. Así como
existen variedades de denominaciones de los motores asíncronos, también
hay diversidad en los métodos de alimentación y arranque. De todos los
tipos diferentes de arranques existentes tan solo 3 que son los más
utilizados y reconocidos en la actualidad, los cuales serán examinados a
continuación (Silva, 2010).
2.2.2.1 Arranque Directo. Es la forma más simple de arrancar un motor,
porque se conecta directamente a la línea de alimentación y a su vez
desarrolla, durante el arranque, un par electromagnético.
26
Cuando el motor llega a su velocidad nominal, se desarrolla el máximo
par de arranque y la corriente se limita solamente con la impedancia
del motor. A medida que el motor acelera, el deslizamiento y la
corriente disminuyen hasta alcanzar la velocidad nominal. El tiempo de
estabilización del deslizamiento depende de la carga acoplada al
motor, su inercia y su fricción (Silva, 2010). El arranque directo genera
un déficit térmico en los devanados del motor, provocando que se
reduzca la vida útil de los devanados del estator. El bloqueo del rotor
es un fallo grave que puede llevar a la destrucción de los devanados
del motor trifásico por sobrecalentamiento. Cada devanado del motor
debe estar protegido para evitar que ocurran sobrecargas térmicas.
Una solución económica es el uso de relés de sobrecarga o térmicos.
(Eaton Electrics, 2011). En la Figura 5 se puede observar un ejemplo
de cómo debe ser la conexión para este tipo de arranque.
Figura 5: Ejemplo De Conexión Para El Arranque Directo De Un Motor De
Inducción.
Fuente: (Eaton Electrics, 2011)
27
2.2.2.2 Arranque por estrella triángulo. En un arranque estrella triángulo, la
puesta en marcha de un motor de inducción se realiza mediante un
intercambio de energía entre los devanados. Los puentes en la caja de
bornes se omiten y las 6 conexiones de los devanados se conectarán a la
red eléctrica mediante una conmutación llamada estrella-triángulo (Figura
6).
Durante el funcionamiento, los devanados del motor están conectados en
triangulo. El voltaje del devanado debe ser igual a la tensión de fase del
sistema trifásico. Con el cambio de configuración de estrella a triángulo, la
corriente cae a cero, y la velocidad del motor se reduce en función de la
carga. El paso a triángulo provoca un aumento exagerado de la corriente,
así como la aplicación de toda la tensión de red en los devanados del
motor. Esto provocará caídas de tensión en sistemas de suministro de red
poco fiables o débiles.
El par motor también sube a un valor más alto durante la transición, lo que
causa una carga adicional sobre todo el sistema y por ello en algunas
aplicaciones se debe utilizar un freno mecánico para evitar “golpes de
ariete” (Eaton Electrics, 2011).
Figura 6 : Ejemplo De Conexión Para El Arranque Por Estrella-Triangulo De Un
Motor De Inducción.
Fuente: (Eaton Electrics, 2011).
28
2.2.2.3 Arranque Suave. Son equipos electrónicos que permiten arrancar un
motor de inducción progresivamente, limitando el torque o par y la
corriente de arranque. El par electromagnético del motor y la tensión
aplicada poseen una relación cuadrática proporcional, de manera que
el par de arranque se reduce en forma cuadrática con la tensión de
alimentación en el motor. A menor voltaje de alimentación, se
disminuirá bastante el par de arranque y como consecuencia se brinda
un arranque mucho más suave que prolonga la vida útil del motor.
El arrancador suave permite un aumento lineal del par
electromagnético y se da una reducción en la corriente de arranque.
La tensión del motor se incrementa a partir de una tensión inicial y un
tiempo de rampa de aceleración, seleccionados mediante selectores
hasta llegar a la tensión nominal del motor. El arrancador también
puede controlar la rampa de parada mediante la reducción de la
tensión. En la Figura 7 se ilustra una comparación entre la corriente de
alimentación que se maneja en arranque suave y en arranque directo
de un motor de inducción. (Siemens S.A., N.D.) (Eaton Electrics,
2011).
Figura 7 : curvas de corriente vs velocidad de un motor de inducción con
arranque suave vs arranque directo
Fuente: (Siemens S.A., N.D.)
29
La tensión del motor en un arrancador se modifica por el control del
ángulo de cada fase en media onda sinusoidal. Con este fin, dos
tiristores en cada una de las fases están conectados en “anti-paralelo”,
uno de ellos para la media onda positiva y el otro para la media onda
negativa, dicho efecto se puede apreciar mejor en la Figura 8.
Figura 8 : Modificación Del Ángulo De Los Tiristores Para Controlar El Par Para
El Arranque.
Fuente: (Eaton Electrics, 2011).
2.2.3 Control de velocidad en motores de inducción. Con el fin de controlar la
velocidad de revolución de un motor de inducción, se puede escoger una
variable para su futura edición, ya sea frecuencia, cambio de número de
polos o deslizamiento. La variable seleccionada determinará los rangos de
velocidad posibles y la diferencia en el manejo de dichos rangos en el motor
de inducción.
30
2.2.3.1 Cambio en el número de polos. Se modifica el número de polos que
integran el motor y actúa de tal forma que si la frecuencia de
alimentación del motor de inducción es constante, la velocidad
síncrona del campo magnético giratorio excitado por el estator, se
modificará por saltos y en razón inversa al número de pares de polos
retirados o agregados al motor, esto si el devanado del estator, por
simples cambios en las conexiones de las bobinas, es capaz de
modificar el número de polos del campo.
Si el motor posee dos devanados de estator con diferente número de
polos, fácilmente se obtienen dos velocidades de sincronismo (Ns)
energizando un solo devanado a la vez. También, con un solo
arrollamiento provisto de conexiones especiales pueden obtenerse
dos diferentes números de polos, y en consecuencia dos velocidades
de sincronismo (Ns) mediante una simple reconexión, en la ecuación 1
se puede observar la velocidad de sincronismo (Ns).
Ecuación 1. Ecuación de velocidad de sincronismo de un motor trifásico
31
Este método no logra una regulación progresiva, sino escalonada y
solo se aplica para motores de inducción cuya velocidad varía
ligeramente con margen del 2% al 5% desde el vacío hasta plena
carga, para una regulación que difícilmente supere la relación 2:1, ya
que con mayores relaciones resultarían motores muy voluminosos
gracias a embobinados enormes en el estator.
2.2.3.2 Variación de la frecuencia en la red de alimentación. Para realizar
un ajuste de velocidad se debe variar la frecuencia de la corriente de
alimentación del motor, en un margen de disminución por debajo del
valor nominal de frecuencia; es decir una reducción por debajo de 60
Hz.
Al aplicar este método, como consecuencia no solo el motor reduce la
velocidad sino que se produce par con mayor facilidad, ya que el
campo magnético del estator aumenta su inducción y flujo. Sin
embargo dicho aumento del campo magnético por encima de los
valores nominales estipulados por el fabricante, producen saturación
en los circuitos magnéticos, con lo cual no lo hace viable en la
práctica.
Un aumento en el flujo de campo magnético puede ser
contraproducente, por lo general se desea que sea lo más constante
posible. Para lograr dicho flujo se debe mantener proporcional al
cociente entre la tensión y la frecuencia de alimentación, tal y como se
muestra en la siguiente ecuación:
Donde
32
K: Constante (depende del material)
Vn: Tensión de alimentación
Fn: Frecuencia de alimentación
Ecuación 2. Ecuación de flujo de magnético
Por tanto, si se quiere reducir la frecuencia sin alterar el flujo, se debe
reducir la tensión en la misma proporción.
2.2.3.3 Variación del deslizamiento. Se debe de ampliar o reducir la
diferencia entre la velocidad de sincronismo y la del rotor, de manera
que el deslizamiento de un motor se pueda variar modificando la
tensión de alimentación.
Si el voltaje de alimentación disminuye, la velocidad de giro del rotor
disminuye, y como consecuencia se incrementa el deslizamiento. Esto
causa que la curva par vs velocidad se vuelva menos brusca,
causando así más deslizamiento a medida que la carga del motor
aumenta. En general, la reducción de par es proporcional al cuadrado
de la reducción de velocidad.
Figura 9 : Ilustración Deslizamiento, fuente: (Montes Perez, 2013)
33
Para que dicho método funcione correctamente, se requiere una carga
con una característica de par vs velocidad creciente. La variación en el
momento de dichas variables se puede apreciar en la Figura 10.
Figura 10 : Grafica De La Curva Par-Velocidad Del Motor Jaula De Ardilla,
Fuente: (Montes Perez, 2013)
Fuente: (Montes Perez, 2013)
2.2.4 Control difuso. Un controlador mediante lógica difusa se caracteriza como
un sistema que interpreta el sentido común, en lugar de números o
ecuaciones; logrando que su capacidad de implementar un control flexible
sea mucho mayor, de igual forma este tipo de control se adapta fácilmente
a las condiciones cambiantes, provocadas por ruidos externos o deterioro
de los dispositivos físicos. (Kouro R. & Musalem M.).
En este modelado, se presentan las señales provenientes de los sensores
llamadas entradas reales, que son debidamente ingresadas al proceso de
fusificación, y en donde se le designa un grado de pertenencia a cada una,
basándose en el estado de las variables. Posteriormente las entradas
definidas son evaluadas por un conjunto de reglas (IF-THEN), relacionando
las diferentes variables dando como resultado una interpretación del sentido
común ya mencionado, que es plasmado en la generación de un valor de
salida difuso y continuamente trasformado a una señal real a través del
método de defusificación (Ferreyra & Fuentes, N.D.).
34
Por lo general el dato de salida es utilizado para el cambio de
funcionamiento de un actuador, y que en síntesis es el encargado de
modificar el estado actual del equipo físico. Este cambio es nuevamente
detectado por los sensores (entradas reales) provocando el reinicio del
proceso.
Por lo anterior se destaca y se plantea como un modelo fácil de
implementar, con mayor simpleza en la descripción y verificación. En
contraste con diferentes modelos como lo es un PID, el cual requiere un
modelo matemático complejo de un proceso lineal. Estas diferencias se
pueden plasmar en la Figura 11.
Figura 11. Comparativo control difuso y PID.
Fuente: (Ferreyra & Fuentes, ESTUDIO COMPARATIVO ENTRE CONTROL PID Y
DIFUSO, N.D.)
35
2.2.5 Tarjeta de adquisición DAQ. La PCI-6221 de National Instruments es una
tarjeta de adquisición de datos (DAQ) multifunción de bajo costo de la Serie
M optimizada para aplicaciones económicas. Se seleccionan los equipos de
tipo M de mayor velocidad, para tener como resultado el alcance de
frecuencias de muestreo 5 veces más altas, o la elección de dispositivos de
alta precisión para conseguir una resolución de 4 veces mayor y obtener
medidas mucho más exactas.
Las tarjetas de adquisición de la serie M que tiene como particularidad un
menor valor económico logran ofrecer características avanzadas, como lo
es el controlador de sistema NI-STC 2, un amplificador programable NI-
PGIA 2 y una tecnología de calibración NI-MCal que alcanza una mejor
precisión y rendimiento en estos equipos.
Los dispositivos de la Serie M se desempeñan con distintos procedimientos
operativos empleando tres métodos de software incluyendo NI-DAQmx, NI-
DAQmx Base y el Hardware de Medida DDK. Los dispositivos de la Serie M
tienen como dificultad la no compactibilidad con el controlador Traditional
NI-DAQ (Millan Torres & Guzman Bolaños, 2014).
2.2.6 Sensores. Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes
físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas
en otro tipo de variables medibles. La misión del sensor es percibir la
velocidad angular del rotor en RPM2 por medio de la ecuación 2 que
permite hallar dicha unidad por un método de conteo de vueltas.
Ecuación 3. Ecuación para hallar revoluciones por minuto (RPM)
2 RPM: (unidad de frecuencia que indica el número de rotaciones completas cada minuto por un cuerpo que
gira alrededor de un eje)
36
Para el debido control de velocidad del motor trifásico de jaula de ardilla
propuesto, es indispensable que se conozcan las condiciones del motor,
velocidad, frecuencias y las variables que permitan su control. Con el
objetivo de lograr una constante realimentación por parte de las
condiciones del motor anteriormente mencionadas, se presentan los
distintos tipos de sensores como la solución más factible.
2.2.6.1 Sensor Efecto hall. El efecto hall consiste en una diferencia de
potencial transversal en un semiconductor, cuando existe un campo
magnético aplicado en dirección perpendicular a este, se presenta una
corriente en dicho semiconductor. (Areny, 2004).
2.2.6.2 En la
Figura 12 se muestra el principio básico de funcionamiento del efecto
hall.
Figura 12 : Funcionamiento efecto hall.
Fuente: http://www.ingeniamc.com/_data/Documentos/5.pdf
Cuando un material semiconductor por el que circula una corriente I, es expuesto a
un campo magnético, la fuerza de Lorentz se aplica sobre las cargas eléctricas,
modificando la distribución uniforme de la corriente y provocando así una diferencia
de potencial (VH) 3 http://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza_de_Lorentz proporcional a la
corriente (I) y al campo magnético (B) que lo atraviesa. (Vila Mani & Juanpere
Tolra, 2008)
37
2.2.6.3 Encóderes. Los encóderes (codificadores rotatorios) son aquellos
mecanismos utilizados para supervisar diferentes variables del rotor
de un motor como lo es la posición, velocidad y aceleración. Este
dispositivo se caracteriza por convertir la posición angular de un eje,
directamente a un código digital. Los tipos más comunes de
encóderes son los absolutos y los incrementales.
Los encóderes incrementales, que contiene un patrón de ranuras son
codificados por un interruptor óptico, tienen como función generar
pulsos a la salida cada vez que el patrón del disco interrumpa hacia el
interruptor óptico. La cantidad de ranuras define cuantas
interrupciones se deben presentar por una vuelta.
El otro tipo son los encoder absolutos, el cual tiene como principio de
funcionamiento similar al de un encoder incremental, se diferencia en
la salida ya que genera en varias salidas un número binario que
indicará la posición absoluta. Los encóderes pueden ser utilizados en
una gran variedad de aplicaciones. Actúan como transductores de
retroalimentación para el control de la velocidad en motores, como
sensores para medición, de corte y de posición. (Vanegas Requena,
2009).
2.2.7 Programación LabView. La herramienta LabView, se caracteriza como un
entorno de desarrollo establecido en programación gráfica; En esta
herramienta los programas son denominados VI (instrumentos virtuales) por
su apariencia y modo de operación a los instrumentos físicos. Cada VI se
compone de dos partes principales: un panel frontal (front panel) y un
diagrama de bloques (block diagram) y un tercero icono y conector (icon
and conector) (Millan Torres & Guzman Bolaños, 2014).
38
El panel frontal se refiere a la interfaz gráfica del VI con el usuario, en
donde se tendrá en cuenta las entradas, salidas y cuadros de dialogo
ingresados por el usuario.
El diagrama de bloques se identifica como el código de fuente del VI, en
donde se implementa las funciones y estructuras que vienen integradas a la
herramienta LabView.
Por último los controladores e indicadores, se verán materializados en el
diagrama de bloques por medio de los terminales3.
2.2.8 Arduino Uno. El Arduino Uno es una tarjeta de desarrollo basada en el
ATmega 328 (ver Figura 13), el cual es un microcontrolador de 8 bits,
correspondiente a la familia AVR. Dicho microcontrolador se encuentra en
un encapsulado DIP con 28 pines, y al ser precargado con el Optiboot
Bootloader, permite cargar el código personalizado sin depender de algún
circuito de programación especial. En la Tabla 1 se puede apreciar las
características técnicas del ATmega 328. (Atmel, 2014)
Figura 13. Microcontrolador ATmega 328.
Fuente: http://mikroe.es/tag/atmega328p-pu/
3 Para mayor información sobre programación LabView, consultar en los siguientes documentos:
ftp://ftp.ehu.es/cidira/dptos/depjt/Instrumentacion/BK-ANGEL/10_LabVIEW/Introducci%F3n.PDF http://www.esi2.us.es/~asun/LCPC06/TutorialLabview.pdf
39
Tabla 1: Características ATmega 328
ATmega 328
Frecuencia máxima de reloj 20 MHz
Ancho de bus de datos 8 bits
Tamaño de memoria del
programa
32Kb
Tamaño de RAM de datos 2Kb
Voltaje de alimentación máxima 5.5v
Voltaje de alimentación mínima 1.8v
Temperatura operativa máxima + 85 C
Temperatura operativa mínima -40 C
Resolucion de bits A/D 10 bit
Canales disponibles A/D 6
Tipo de interfaz 2-wire,SPI,USART
Numero de I/Os programables 23
Numero de temporizadores 3
El Arduino Uno posee 14 pines digitales de entrada/salida, en donde 6
pines se pueden utilizar como entradas, y 6 como salidas PWM. Esta tarjeta
de desarrollo trabaja con un resonador cerámico de 16 MHz, un header
ICSP, un botón de reinicio, además de una conexión USB y un conector de
alimentación. Por cualquiera de estos últimos dos se puede alimentar la
tarjeta. El Arduino Uno presenta como dimensiones físicas longitud de
68,6mm y anchura de 53,4 mm. (Atmel, 2014)
40
2.2.8.1 Comunicación arduino UNO. En el microcontrolador del Arduino
UNO se ofrece distintas series de instalaciones para la comunicación
con un computador cualquiera, una de ellas es la UART TTL (5V) de
comunicación en serie, en donde aparecen los pines digitales 0(Rx)
que actúa como recepción de datos y el 1(Tx) que tiene como función
enviar datos; Los pines RX y TX indican por medio de unos LEDS
respectivamente que están transmitiendo datos por medio del chip y
la conexión USB en serie al ordenador. Por último con el ATmega 328
también se puede desarrollar una comunicación por medio de SPI y
por I2C. (Atmel, 2014)
41
3 DESARROLLO DEL PROTOTIPO
3.1 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
Al iniciar el proyecto se comienza a trabajar con un motor trifásico 1AL 073-4YA60
de marca Siemens sin carga acoplada conectado de forma directa en doble
estrella a 220V (en la Tabla 2 se puede observar su ficha técnica). Gracias a este
se pudo estudiar de manera práctica sus características técnicas, su forma de
conexión y su funcionamiento normal. En la Figura 14 se puede observar un motor
trifásico configurado para arrancar alimentado de forma directa.
Figura 14. Primera aplicación con motor trifásico para estudiar su funcionamiento.
Fuente: los autores
Tabla 2. Valores técnicos del motor trifásico 1AL 073-4YA60 Siemens
Motor 3~ 1AL 073-4YA60 Siemens
Características Técnicas Unidades
Fuerza 0,75 HP
Peso 6 Kg
Alimentación en voltaje 220 V YY
440 V YV
Alimentación en corriente 2,9 A YY
1,45 A YV
Frecuencia 60 HZ
Velocidad 1650 RPM
42
Continuando con la investigación se pudo observar que el anterior motor necesita
de un componente extra para poder variar su velocidad puesto que la conexión
que se hizo fue con el motor alimentado directamente, generando una velocidad
constante e imposibilitando un control. En la planta de jabón de la universidad de
san buenaventura, se dispone de una banda transportadora de aproximadamente
4 metros, la cual es impulsada por un motor trifásico 5K91S4 de marca CSM
MOTORI ajustado con un moto-reductor para adecuar la velocidad de la banda. El
motor de inducción conectado en VY, es energizado por un VLT micro driver que
varía la frecuencia de alimentación del motor por medio de un SPWM4. La
velocidad varía dependiendo del valor Set Point ingresado por el usuario, a través
de un potenciómetro lineal acoplado a la caja de control, este se alimenta a
10VDC y posee una nomenclatura que indica 10 velocidades pero se toman en
cuenta 7 porque la 8, 9 y 10 generan la misma velocidad. En la Figura 15 se
puede detallar la banda transportadora.
Figura 15. Banda transportadora de la planta de jabón del edificio los naranjos, Universidad de san Buenaventura Cali.
Fuente: los autores
4 SPWM: modulación de ancho de pulso sinusoidal, consiste en generar pulsos de ancho proporcional a la
amplitud de una señal de referencia o moduladora. (Londoño Noguera, 2008)
43
Iniciando un diagnóstico previo sobre el funcionamiento de la banda se decide
energizarla para poder observar su modo de operación, para también tener puntos
de partida sobre el diseño del circuito que realizara la comunicación entre el
variador y el computador. Los siguientes pasos son los que se deben de seguir
para operar la banda transportadora:
1. Presionar el interruptor del contactor que se encuentra enseguida del drive,
para permitir el flujo de corriente trifásica por el circuito.
2. Graduar el valor del potenciómetro a 0 para evitar un arranque brusco.
3. En la caja de control se debe accionar el interruptor on-off para encender el
motor y se puede decidir si accionar o no el interruptor de dirección para
cambiar el sentido de giro de la banda.
4. Regular el valor deseado del potenciómetro, con el objetivo de variar la
velocidad de la banda transportadora.
Componentes relevantes de la banda
Motor de Inducción: El motor de inducción implementado en la banda
transportadora es un motor CSM Motori de fabricación italiana de 0.25
caballos de fuerza conectado en VY a 220v y 1.62A. En la
Figura 16 se observa el motor con su respectivo motoreductor y en la Tabla
3 su ficha técnica.
44
Figura 16. Motor de inducción de la banda transportadora
Fuente: los autores
Tabla 3. Valores técnicos del motor trifásico 5K91S4 CSM MOTORI
Motor 3~ 5K91S4 CSM MOTORI
Características Técnicas Unidades
Fuerza 0,25 HP
Alimentación en voltaje 220
V YV
440 V YY
Alimentación en corriente
1,42 A YV
0,89 A YY
Frecuencia 60 HZ
Velocidad 1650 RPM
Variador de frecuencia: El variador de frecuencia implementado en la
banda transportadora es un VLT Micro Driver por la empresa Danfoss de
fabricación china. Entrega 0,76W y hasta 1 caballo de fuerza. Su entrada es
de 200-240VAC, hasta 11,6A; su salida es de hasta 3xVin de 0-400hz y
45
hasta 4,2A. En la Figura 17 se observa el variador de frecuencia
implementado en la banda y en la Tabla 4 la respectiva ficha técnica.
Figura 17. Variador de frecuencia VLT Micro Drive de marca Danfoss.
Fuente: los autores
Tabla 4. Valores técnicos del variador de frecuencia VLT Micro Drive Danfoss
Variador de Frecuencia VLT Micro Drive Danfoss
Características Técnicas Unidades
Fuerza 1 HP
Alimentación en voltaje 200-240 V
Alimentación en corriente 11,6 A
Frecuencia de entrada 50-60 HZ
Salida de Voltaje 3x0 Vin
Salida de corriente 4,2 A
Frecuencia de Salida 0-400 HZ
3.2 REQUERIMIENTOS DEL PROCESO
Como parte inicial del desarrollo del prototipo se tiene en cuenta, los
requerimientos que se deben suplir para el debido funcionamiento. En primer lugar
se necesita determinar cuál va a ser el protocolo que se implementara para
comunicar el proceso con cualquier equipo portátil, permitiendo una mayor
46
simpleza en la implementación del prototipo y rapidez en la transmisión de datos.
Paso siguiente es determinar cuál método se utilizara para realimentar el proceso,
obteniendo datos más precisos de la velocidad que se esté presentando, de igual
importancia se presenta la selección de una tarjeta de desarrollo que cumpla las
entradas y salidas necesarias, así mismo tener en cuenta el costo y su
funcionamiento. Por último se debe contemplar el diseño circuital y la
programación apropiada para acoplar las señales enviadas por el computador y
que sean recibidas debidamente por el actuador, teniendo en cuenta que el
proceso maneja distintos niveles de voltaje y corriente; Todo lo mencionado
anteriormente hace hincapié a un cumplimiento de un diagrama de control que se
puede visualizar en la Figura 18.
Figura 18. Diagrama de control
Fuente: los autores
3.3 SELECCIÓN SISTEMA DE COMUNICACIÓN
Como parte del proceso de selección del sistema de comunicación a desarrollar,
se tuvo en cuenta el tipo de comunicación más óptimo para la adquisición de
datos, basándose en su viabilidad y adaptación al proyecto, como también el
hardware que se va a asociar al sistema de comunicación elegido.
Según los objetivos planteados en el proyecto, facilidad de conexión y
accesibilidad de cualquier usuario a la interfaz gráfica a desarrollar y controlar la
47
velocidad del motor trifásico. Se debe tener en cuenta la transmisión de datos
más adecuada para cumplir dichos objetivos; Para ello se encuentra la
comunicación serial y paralela (ver Figura 19 ), estudiada en la tesis de Millán y
Bolaños, donde se hace énfasis en las respectivas características de
comunicación de datos, velocidad de transferencia, transmisión, costos, dando
como resultado la selección del sistema de comunicación serial (Millan Torres &
Guzman Bolaños, 2014).
Figura 19. Características comunicación serial y paralela
Fuente: (Millan Torres & Guzman Bolaños, SISTEMA EMBEBIDO PARA LA COMUNICACIÓN
ENTRE UN PC Y UNA, 2014)
48
3.3.1 Selección Comunicación serial. Luego de haber elegido la comunicación
serial que funciona de forma asíncrona, como el tipo de comunicación de
datos a desarrollar, se procede a continuar con la búsqueda del dispositivo
serial que mejor se acople y cumplas las necesidades del trabajo de grado.
Como punto de partida en la historia de la comunicación serial se encuentra
la norma RS232, al determinarse el protocolo de transmisión de datos, el
tipo de cableado, señales eléctricas y conectores que se deben
implementar.
Este protocolo consiste de un terminal tipo DB-25 de 25 pines, aunque es
más común y económico el de 9 pines, además este puerto serial trabaja
con niveles de voltaje que se encuentran entre +15 y -15 voltios, en la gran
mayoría de computadoras se presentan puertos seriales para este tipo de
conector. La velocidad máxima que puede manejar este tipo de protocolo es
de 112kbit/s, por lo anterior y los niveles elevados de tensión en la
transferencia de datos, actualmente se están dejando de lado con respecto
a nuevos estándares con mejorías en estas características. (catarina)
Por otro lado y continuando con la búsqueda de opciones de comunicación
serial, se presenta un tipo de comunicación con mayor versatilidad y
aceptación, y el cual viene evolucionando al transcurrir de los años; Es el
tipo bus de serie universal o mejor conocido como USB, desarrollado a
partir del año 1995 con su estándar USB 1.0 y que una de sus
características principales es su mayor velocidad con respecto a los
estándares tradicionales. El tipo de comunicación serial USB consta de
cuatro hilos, entre ellos se encuentra un hilo de alimentación del bus, que
cabe destacar es una valiosa característica para este tipo de comunicación,
debido a que puede suministrar esta fuente a los dispositivos con los que se
conecta, pero teniendo en cuenta el límite por dispositivo que es de 15V.La
comunicación USB consiste en la conexión desde un punto denominado
HOST y un destino en un dispositivo. Cuenta con velocidades que llegan a
49
alcanzar los 480Mbits/s, pero que se puede modificar según la versión que
se utilice ya sea USB 1.0, USB 1.1 y USB2.0; Sin embargo cabe destacar
que en la actualidad se viene implementando la versión USB 3.0 que
trabaja con una velocidad de transmisión de 4.8Gbits/s. (Millan Torres &
Guzman Bolaños, 2014)
Teniendo en cuenta que el proyecto de grado a desarrollar es didáctico y
que se busca sea lo más accesible posible para el usuario, se decide
desarrollar el sistema de comunicación USB, al destacar sus características
fundamentales como lo es su velocidad y como mayor virtud el poseer un
hilo que se desempeña como fuente de alimentación de 5V que puede
brindar una alimentación adicional al sistema embebido que se ha
seleccionado; no obstante cabe recordar que la comunicación USB en la
actualidad es de las más utilizadas, por la inmensa tendencia que se ha
venido generando en los últimos años en implementar este tipo de
comunicación en los computadores, lo que va a permitir cómodamente la
comunicación con cualquier dispositivo o sistema embebido, de tal forma
que no exista una limitación de un solo equipo en la planta que puede
facilitar la interacción, sino que se pueda establecer dicha conexión con
cualquier equipo que cuente con la plataforma LabView y el conector USB,
obteniendo como resultado el control del motor trifásico.
3.4 SELECCIÓN SENSOR DE VELOCIDAD
A continuación se desarrolla las razones que sustentan la adquisición e
implementación del sensor más apropiado para cumplir los correspondientes
requerimientos de la planta, teniendo en cuenta las debidas ventajas y
desventajas de los sensores a proponer.
50
Se investigaron algunas posibles opciones para contar las vueltas hechas por
rotor. A continuación se mencionan los sensores investigados, con sus respectivos
valores comerciales ver Figura 20:
Encoder incremental
Reed Switch
CNY 70
Herradura Óptica
Sensores Inductivos
Sensor de Efecto Hall
Figura 20. Comparación costos de sensores
Fuente: los autores
Inicialmente se tuvo en cuenta el ENCODER incremental como dispositivo de
medición, ya que provee un número específico de pulsos equitativamente
espaciados por revolución (PPR), por pulgada o milímetro de movimiento lineal.
Los encóderes se clasifican dependiendo de la aplicación a la cual se necesitan, si
el sentido de giro no es importante se utilizan encóderes de un solo canal de
salida (unidireccional) y cuando se requiere saber el sentido de dirección, se utiliza
la salida de cuadratura (bidireccional), con dos canales a 90 grados de desfase, el
$ 0
$ 50.000
$ 100.000
$ 150.000
$ 200.000
$ 250.000
Pre
cio
Sensores
Comparacion de costos
Encoder
Efecto Hall
Reed Swhitch
Herradura optica
CNY 70
Sensores inductivos
51
circuito determina la dirección de movimiento basado en la relación de fase entre
ellos. (West Instruments de México S.A., N.D.)
El ENCODER incremental puede brindar 400 o más pasos por una revolución
dependiendo del fabricante, es decir, que por cada giro se pueden sensar 400
pulsos, haciéndolo un sensor muy preciso para medir bajas revoluciones pero con
complicaciones en la adecuación al eje y costos en el proyecto. Un ENCODER en
el mercado nacional es difícil de conseguir y costoso a la vez, puesto que en su
mayoría se usan para aplicaciones industriales. Analizando su funcionamiento se
plantea que es mejor construir un ENCODER con el principio de conteo de
vueltas, en lugar de adquirir uno.
Como segunda alternativa se observa el REED SWITCH, el cual tiene como
función actuar como un relevador, es decir que cuando encuentra un pulso, su
paso a seguir es cerrar el enlace mecánico que posee y permitir el paso de
corriente; El sensor señalado anteriormente es ideal para realizar pulsos y
poderlos medir, pero su inconveniente principal es que su vida útil es bastante
corta por el hecho de que es un enlace mecánico que con el tiempo se va
desgastando. El promedio de vida útil de un REED SWITCH es de 70000 enlaces
aproximadamente, demostrando que en la etapa de experimentación tiende a ser
susceptible a reemplazos en cualquier momento.
Otra alternativa es el uso de sensores ópticos, por su desempeño y economía,
estos constan de un led que emite luz a un transistor que la detecta y permite el
paso de corriente. Dichos dispositivos poseen la ventaja de no requerir adecuación
de señal a la salida, puesto que, entregan una salida de VEE a VCC fácilmente, la
medición óptica posee 2 problemáticas centrales las cuales se sintetizan en luz
ambiente la cual se podría confundir con la luz del LED y suciedad porque
obstruiría la salida de la luz, manteniendo el receptor abierto.
El CNY 70 es un sensor óptico que lee si la superficie a sensar es blanca o negra,
por ende posee una gran sensibilidad a la luz de ambiente y se debe de
52
ensamblar prácticamente pegado al eje de muestra, haciendo como consecuencia
que sea susceptible a lesiones físicas y pudiendo provocar fallos constantes en el
proceder del lazo de control.
La HERRADURA ÓPTICA se presenta como una opción más robusta en cuestión
de luz ambiente, puesto que emite luz ultravioleta desde el pin donde se ubica led
al pin donde se encuentra transistor; Sin embargo posee varios problemas al
momento de llegar a la adaptación al eje. Por lo anterior se procede a realizar una
adecuación al eje con una carga extra que pueda pasar por la herradura y que
posea un espesor menor a 5mm pero a su vez que sea lo suficientemente grueso
para poder ser censado. Si la carga a adicionar posee forma de cuña debe tener
cuidado con la resistencia del material a las perturbaciones, puesto que, si llega a
ser muy rígido se puede partir, o en su defecto a ser muy blando se puede doblar.
Por el contrario si la carga a adicionar es de forma circular, es decir, que rodee
todo el eje, se debe hacer perforaciones en toda la circunferencia para que se
pueda lograr el senso por medio de la herradura.
La HERRADURA ÓPTICA puede llegar a ser el sensor idóneo para la aplicación
pero su problema principal es la suciedad. Si alguno de los orificios del eje, el
transistor o el diodo de la herradura se obstruyen la medida se pierde por
completo, debido a que si se obstruyen los orificios, el conteo de vueltas sería
inexacto, además de tener en cuenta la opción de que se tapona el transistor o el
diodo, causando el no paso de luz y por ende la generación de una medida nula.
Los SENSORES INDUCTIVOS trabajan de forma similar al SENSOR DE EFECTO
HALL, ya que en lugar de medir el campo magnético de un imán, lo hacen a través
de una bobina, con la particularidad de que el sensor inductivo debe estar
adherido a una pieza y debe de estar muy pegado a la muestra, al mismo tiempo
de que se debe tener muy en cuenta el valor monetario que conlleva adquirir este
sensor.
53
El SENSOR DE EFECTO HALL tiene como objetivo la medición del campo
magnético generado por un imán, actualmente es muy utilizado en aplicaciones
industriales por su fiabilidad y bajo costo. En el sensor de efecto hall tiene como
característica la necesidad de realizar una adecuación de señal en su
implementación, logrando disminuir y hasta desaparecer el offset presente, de
igual forma se caracteriza por no presentar factores externos peligrosos para su
vida útil como los sensores anteriormente expuestos. Para su óptimo
funcionamiento el imán tiene como opción más viable el ser unido al eje, dando
como resultado una perdida mínima de campo magnético, igualmente se tiene en
cuenta que el mismo campo del imán favorece a que se quede pegado al eje, si
este es de metal.
Observando las ventajas y desventajas de cada uno de los sensores estudiados
se decide que el sensor hall es el más indicado para la aplicación, por su robustez
ante factores externos y su fiabilidad en respuesta ante el tiempo. Se opta por
realizar un sensor magnético con la referencia UGN3503 que es acoplada a un
motor DC de prueba para ver su señal de operación. En la carga del motor se
acopla un imán para poder detectar un campo magnético que pase por él y así
crear un flanco para que el micro-controlador lo pueda interpretar. En la Figura 21
se puede observar como es físicamente y su conexión, en la Tabla 5 aparecen los
valores de operación del sensor.
Figura 21. Sensor de efecto Hall UGN3503
Fuente: (Vallecompras, N.D)
54
Tabla 5. Características de operación del Sensor de efecto Hall UGN3503(Allegro, 2002)5
Características Símbolo Condición Limites
Mínimo Típico Máximo Unidades
Voltaje de operación Vcc 4,5 - 6 V
Corriente de operación Icc - 9 13 mA
Voltaje de salida Vout B=0G 2,25 2,5 2,75 v
Sensibilidad Δvout B=0G a ±900G 0,75 1,3 1,75 mV/G
Ancho de banda (-3 dB) BW - 23 - Khz
Ruido a la salida Vn BW=10hz a
10Khz - 90 - µV
Resistencia de salida Rout - 50 220 Ω
Figura 22. Montaje de sensor de efecto Hall UGN3503 con arduino UNO en el motor trifásico de la banda-
Fuente: los autores
En la realimentación del circuito se utiliza un sensor de efecto Hall el cual entrega
una señal con un nivel de DC con pulsos entre 3.5 y 4.5V, generada por una carga
con 24 imanes acoplados al eje de la banda (ver
Figura 22), los cuales pasan por el sensor Hall y proporcionaran los flancos
necesarios para la toma de revoluciones. Dicha señal se envía a la entrada no
5 G significa Gauss y es la unidad de campo magnético del sistema cegesimal de unidades CGS, un Gauss se
define como Maxwell por centímetro cuadrado. (Hayt & Buck, 1974)
55
inversora de un amplificador operacional configurado como comparador. A la
entrada inversora del operacional se conecta un trimmer resistivo configurado
como reóstato de 0-5V sirviendo como referencia para el comparador y así
generar una onda cuadrada; Cuando la señal del sensor Hall supera los 4V de
referencia genera 5v como un “1” (uno lógico), en el caso contrario se genera
1.2V como un “0” (cero lógico) , enviando el valor seleccionado a una interrupción
externa de cualquier micro controlador, dando como resultado el conteo de las
vueltas generadas y así obtener las revoluciones por minuto. En la Figura 23 se
muestra la señal del sensor Hall sin tratar.
Figura 23. Señal proporcionada por el sensor de efecto Hall.
Fuente: los autores
Después de observar la señal ejercida por el sensor hall se procede a disminuir el
offset y a realzar el pico de voltaje producido, por lo tanto se conecta un circuito
comparador con operacionales para poder adecuar la señal. El comparador consta
de un operacional el cual es alimentado a 5v en su entrada positiva y tierra en su
alimentación negativa y se compara la señal del sensor hall UGN3503 con un
voltaje regulado por un reostato. En la Figura 24 se ilustra el circuito implementado
para eliminar el OFFSET del sensor Hall y poder convertir la señal en una onda
cuadrara. En la Figura 25 se puede observar la señal resultante que entra al
arduino para activar la interrupción 0 del ATmega 328p y poder contar las vueltas.
56
Figura 24. Circuito implementado para acondicionar la señal.
Fuente: los autores
Figura 25. Señal resultante del circuito comparador.
Fuente: los autores
El circuito comparado entrega un offset de 1.3v el cual baja considerablemente
con el anterior offset que era de 2.41v. Según el datasheet del ATMEGA 328p,
cuando se alimenta el micro procesador con 5v su nivel bajo se puede medir hasta
2.1v y su nivel alto desde 2.7v, haciendo que el nivel bajo del sensor quede en una
zona muerta y exista una exigencia de adecuación de señal. Con el circuito
57
comparador la señal se puede leer con una mayor facilidad para el sensor,
logrando que una interrupción por flanco sea fácil de operar y como resultado
pudiendo leer las vueltas del motor fácilmente. (Atmel, 2014).
Luego de implementar el sensor Hall como realimentación del circuito y de pasar
los flancos ejercidos del sensor por el programa de la tarjeta arduino, se puede
observar en la Figura 26 la toma de medidas y margen de error mediante la
plataforma informática Matlab®.
Figura 26. Señal tomada del sensor de revoluciones por minuto de la banda transportadora mediante el sensor Hall gracias a la plataforma Matlab®.
Fuente: los autores
En 250ms pasan de 9 a 10 flancos por la interrupción, lo cual hace que al pasar
por la ecuación 2 dieran entre 108 y 120 RPM, generando un error del 11% entre
medida y medida, generando una inestabilidad considerable en la medida de la
realimentación. También se pudo observar que el periodo de muestreo era
relativamente lento aunque no era un gran causal de problema puesto que el
tiempo de estabilización de la planta es de alrededor de 16 segundos, dicho dato
se calculó contando las muestras desde que se energiza la planta hasta que se
estabiliza y multiplicando dicho valor por 250ms.
58
Buscando una mejor respuesta del controlador se optó cambiar por un sensor que
tuviera una mejor respuesta en frecuencia, por lo tanto se decidió invertir en un
encoder incremental de referencia E50S8-360-3-T-24 el cual posee 360 pulsos por
revolución, lo cual es un incremento en la resolución de 15 a 1 con respecto a la
aplicación montada con el sensor Hall. El encoder posee alimentación variable de
5-24VDC y 3 salidas diferentes por si se desea tomar flancos ascendentes o
descendentes, cable de alimentación y tierra y un apantallamiento anti-ruido. En la
Tabla 6 y Tabla 7 se pueden observar los valores de operación del sensor
(Autonics, N.D.), y colores de conexión respectivamente.
Figura 27. Encoder incremental E50S8-360-3-T-24.
Fuente: (Autonicssupplier, N.D.)
Tabla 6. Características de operación del Encoder E50S8-360-3-T-24 (Autonics, N.D.)
Características Símbolo Condición Limites
Mínimo Típico Máximo Unidades
Voltaje de operación Vcc 5 12 24 V
Corriente de operación Icc - 10 30 mA
Voltaje de salida Vout Vcc=5V 0 - 3,8 v
Limite en revoluciones RPMmax - - 5000 RPM
Ancho de banda (-3 dB) BW - 300 - Khz
59
Figura 28. Conector del Encoder incremental E50S8-360-3-T-24
Fuente: (Autonics, N.D.)
Tabla 7. Tabla de colores del conector del Encoder E50S8-360-3-T-24
Pin Función Color
1 OUT-A Negro
2 OUT-B Blanco
3 OUT-Z Naranja
4 VCC Café
5 GND Azul
6 F.G Pantalla
Fuente: (Autonics, N.D.)
Al adaptar el encoder a la tarjeta se puede observar una mejora notoria frente al
sensor hall, gracias a que este posee 360 pulsos por vuelta, es decir una relación
de 15 a 1 pulsos con respecto al sistema anterior, generando que el periodo de
muestreo del programa disminuyera de 250ms a 50ms, permitiendo que el
programa principal posea mayor velocidad de reacción y permitiendo un control
más robusto y confiable ante las perturbaciones. Se probaron las 3 salidas del
encoder a un voltaje de alimentación de 5,2v, dando como resultado que el pin
OUT-B de color blanco funciono a dicho voltaje sin problemas, pero las otras
salidas necesitaban de un voltaje mayor para su normal funcionamiento. En la
Figura 29 se puede observar la adaptación del encoder E50S8-360-3-T-24 al
circuito de adquisición de datos y en la Figura 30 la señal característica que
entrega el encoder.
60
Figura 29. Montaje del encoder E50S8-360-3-T-24 con arduino UNO en un motor DC.
Fuente: los autores
Figura 30. Señal proporcionada por el encoder.
Fuente: los autores
Se realizó una medición de un motor DC de prueba con el encoder, en la Figura
31 se pueden apreciar los resultados.
61
Figura 31. Señal adquirida del senso de revoluciones por minuto de un motor DC mediante
el encoder gracias a la plataforma Matlab®.
Fuente: los autores
En 50ms pasaban de 16 a 18 flancos por la interrupción, lo cual hacia que al pasar
por la ecuación 2 generaran entre 48 y 54 RPM, generando un error del 5,8%
entre medida y medida, generando una inestabilidad notablemente menor con
respecto al anterior sensor y permitiendo una respuesta más rápida del control.
3.5 SELECCIÓN TARJETA DE DESARROLLO
En seguida se sustentaran las razones por la cual se adquiere el sistema
embebido, además de la investigación realizada para la correspondiente selección
del sistema embebido más congruente para el desarrollo del proyecto.
Análisis y elección del sistema embebido. Como punto de inicio es trascendental
reconocer las necesidades y características que tiene la planta en donde se va a
desarrollar el proyecto planteado (Tabla 8).Como se puede observar en la Tabla 9
de igual forma se tendrá presente los puntos a favor y en contra para la elección
del sistema embebido más competente.
62
Tabla 8. Requerimientos del sistema
Cantidad de pines
Voltaje de Operación Función a cumplir en
la aplicación
Entrada de interrupción
externa 1 4,5-6v Sensor de Velocidad
Salidas Digitales 1 0-24v
encendido del motor trifásico
1 0-24v sentido de giro del
motor
Salida PWM 1 0-10V referencia para
graduar la velocidad del motor
Puerto de Comunicación USB
1 - puerto de
comunicación con el computador
Al reconocer las exigencias mínimas del sistema, se puede observar que los
voltajes de operación que maneja la aplicación excede el margen de valores del
estándar TTL (0-5v), por ende se podría tomar en cuenta aplicar un PLC para
implementar en la aplicación. Una referencia de PLC que podría suplir la
necesidades de la banda es un S7 300 de marca Siemens disponible en la
universidad ya que cuenta con entradas y salidas análogas, pero resultaría
ineficiente utilizar una maquina tan poderosa para manejar una entrada digital a
manera de interrupción externa, una salida análoga, 2 salidas digitales, por ende
resulta más un desperdicio de recursos que una solución, además de ser más
costoso que la tarjeta de adquisición de National Instruments.
Se decidió implementar la aplicación en una tarjeta de desarrollo, que permitiera
acoplar los voltajes de operación para poder disminuir costos y realizar un sistema
embebido con elementos que cualquier estudiante pueda obtener y desarrollar
fácilmente. Los sistemas embebidos que se han decidido analizar son los
presentados a continuación:
63
1. Arduino
Arduino Uno
2. Texas Instruments
LAUNCHPAD MSP430
3. Beagleboard
BEAGLEBONE BLACK
Tabla 9. Características principales de las tarjetas de desarrollo.
DAQ NI PCI-6221 PLC S7 300
Siemens Arduino
Uno Launchpad MSP430
Beaglebone Black
Entradas análogas
Número de canales
16 4 6 8 8
Frecuencia de muestreo
250 kS/s 250 kS/s 90 kS/s 200 kS/s 200 kS/s
Resolución 16 bits 12-16 bits 10 bits 10 bits 12 bits
Rango de voltaje máximo
10v 10v 5v 3.6v 5v
Salidas análogas
Número de canales
2 2(PWM) 6 (PWM) 2 (PWM) 3 (PWM)
Resolución 16 bits 12-16 bits 8-16 bits 16 bits 16 bits
Rango de voltaje
-10-10v 0-10v 0-5v 0-5v 0-5v
E/S digitales
Canales bidireccionales
24 0 14 16 76
Temporización Hardware/software H/S H/S H/S H/S
Temp. Watchdog
No No Si Si Si
Rango de entrada/ salida
0-5v 0-24v 0-5v 0-5v 0-5v
Capacidad de corriente simple
24 mA 50 mA 40mA ±6 mA 50 mA
Capacidad de corriente total
448 mA 500 mA 200 mA ±48 mA 250 mA
Valor en COP 1.529.094 Descontinuado 60.900 30.000 90.000
Fuente: (Millan Torres & Guzman Bolaños, SISTEMA EMBEBIDO PARA LA COMUNICACIÓN
ENTRE UN PC Y UNA, 2014)
64
Como primer Ítem se tiene el ARDUINO UNO, que se caracteriza por ser uno de
los dispositivos más completos, aparte de que cuenta con el microcontrolador
ATmega328, considerado uno de los más eficaces; El ARDUINO UNO está
conformado por 14 pines que pueden ser configurados como entrada o salidas, y
en donde 6 de estos pines funcionan como PWM, para entradas análogas están
destinados otros 6 pines, asimismo cuenta con un oscilador de cristal de 16MHZ,
un Jack de energía y una interfaz USB.
De acuerdo con los requerimientos del proyecto anteriormente mencionados, se
puede deducir que la tarjeta ARDUINO UNO, se presenta como una gran
alternativa para suplir estas necesidades.
Como segunda opción se encuentra el dispositivo LAUNCHPAD MSP430, que se
destaca por su robustez en relación a su frecuencia de muestreo; este sistema
embebido logra cumplir la cantidad necesarias de entradas análogas, debido a
que contiene 8; como se puede observar en la Tabla 9, esta tarjeta funciona con
una excelente frecuencia de muestreo ya que alcanza los 200KS/s, es decir una
diferencia de tan solo 50ks/S con relación a la tarjeta DAQ NI PCI-6221, esto
implica que se destaque como una de las mejores en su campo, así mismo su
valor en el mercado es una gran ventaja, ya que se encuentra valorizado en 30000
pesos; Sin embargo presenta una gran desventaja en el rango de voltaje de
alimentación, que en este caso es de 1.8v a 3.6v, lo que genera una grave
complicación, debido a que el sensor seleccionado maneja como voltaje de
operación un mínimo de 4.5v; lo que genera una indiscutible limitante, por el hecho
que se requiere adecuaciones externas, que vuelven el proyecto más extenuante,
y por lo tanto el descarte inmediato de esta opción.
En un tercer lugar, pero no con menos importancia se encuentra la tarjeta
BEAGLEBONE BLACK, el cual contiene similitudes a la LAUNCHPAD MSP430,
en la cantidad de entradas análogas, que en este caso son 8 y en su frecuencia de
muestreo que es de 200kS/s; este sistema embebido cuenta con una buena
65
cantidad entradas/salidas, pero que para las necesidades del proyecto es algo
innecesario, el valor que tiene la BEAGLEBONE BLACK es de aproximadamente
90.000 pesos, pero que presenta el inconveniente de ser escaso en el mercado
nacional, por lo cual se debe solicitar directamente desde estados unidos.
La selección del dispositivo más óptimo, tiene en cuenta los sistemas embebidos
mencionados y estudiados, en donde se realiza las respectivas comparaciones y
virtudes de cada uno, en relación con la tarjeta DAQ NI PIC-6221,actualmente en
los laboratorios de la Universidad de San Buenaventura y por adquisición de datos
con la plataforma LabView. Su costo, que en la actualidad es de alrededor de
$1.500.000, es un valor muy elevado en comparación con los otros sistemas
embebidos; Se decide escoger y adquirir el dispositivo ARDUINO UNO, porque
ofrece todas las condiciones apropiadas para poder satisfacer los objetivos
propuestos en el proyecto, puesto que proporciona gran facilidad de desarrollo con
LabView. Debido a la existencia de múltiples librerías que permiten la
comunicación entre LabView y ARDUINO, igualmente la sobresaliente cantidad
de documentos en relación a la comunicación de este tipo, al ser una tecnología
cada día más aceptada por el público, y principalmente de fácil manejo.
3.6 DISEÑO CIRCUITAL DEL SISTEMA EMBEBIDO
Se necesita diseñar una tarjeta de adquisición de datos a medida, para poder
controlar una banda transportadora que se encuentra en el edificio “Los Naranjos”
de la Universidad de San Buenaventura Cali. Se desea comunicar por medio de
un sistema embebido de adquisición de datos un computador con la planta del
proyecto, que en este caso es la banda transportadora. Se cuenta con un variador
de frecuencia VLT micro drive de marca Danfoss, de fabricación Rusa, el cual está
encargado de servir como actuador en la bucla de control, energizando el motor
para arrancarlo suavemente y regular la velocidad del motor trifásico acoplado a la
banda.
66
Figura 32. Diagrama esquemático del variador de frecuencia VLT micro drive
Fuente: (Danfoss S.A., 2009)
Teniendo en cuenta el esquemático del variador de frecuencia (Figura 32) se
puede observar que posee una entrada para voltaje trifásico y una salida para
conectar un motor de inducción, posee 2 fuentes, una de 24V a 100mA para
alimentar circuitos externos o 5 entradas digitales y otra de 10V a 25mA para
alimentar entradas análogas y Posee una interfaz de comunicación RS 485 para
entornos industriales. (Danfoss S.A., 2009)
Se desea reemplazar los instrumentos manuales de la caja de control por una
interfaz gráfica que pueda guardar los registros de operación, las velocidades
67
ejercidas por el motor, direcciones y demás variables que puedan aparecer en el
desarrollo del proyecto. Para ello se reconocieron los valores de voltajes de
operación de cada uno de los instrumentos manuales y se procederá a adaptarse
a una tarjeta de adquisición de datos para poder ser interpretados por la interfaz
gráfica LabView y así poder realizar el control de velocidad del motor. En la Figura
33 se puede observar el tablero de mando del variador de frecuencia.
Figura 33. Tablero de mando del variador de frecuencia
Fuente: los autores
En la entrada de 24V se conectan 2 switches, el primer switch conectado al pin 18
del variador se encarga de energizar el motor y el segundo switch conectado al pin
19 invierte las fases del motor para el giro. Cuando los switches están abiertos el
primero des-energiza el motor y el segundo da el sentido de traslación de
izquierda a derecha teniendo como punto de referencia estar al frente de la caja
de control; pero cuando los switches se cierran se ejecutan acciones viceversas,
es decir, el primero energiza el motor y el segundo da el sentido de izquierda a
derecha. Al cambiarle la dirección a la banda el variador de frecuencia primero
des-energiza el motor suavemente y después lo vuelve a energizar con el nuevo
sentido de giro. (Danfoss S.A., 2009)
A la entrada de 10V se acopla un potenciómetro lineal como reóstato conectando
la pata superior del potenciómetro al pin 50 del variador la cual es VCC de 10V, la
68
pata del medio a la 53 que es una entrada análoga y la pata inferior al pin 55 que
es la tierra. Dicho reóstato realiza un divisor de tensión y entrega el voltaje
necesario para regular la velocidad del motor de inducción. En la Tabla 10 se
pueden apreciar la relación entre los valores de voltaje medidos del reóstato y la
frecuencia que ejerce el variador. (Danfoss S.A., 2009).
Tabla 10. Relación entre voltaje del reóstato y la frecuencia del variador
Velocidad Frecuencia VLT RPM
Tacometro voltaje
0 0 0 0
1 6,2 0 0,5
2 16,3 32 1,5
3 26,4 50 2,5
4 36,6 70 3,5
5 48,1 93 4,6
6 59,1 115 5,7
7 61,1 120 6,9
En la Figura 34 se puede apreciar el diseño del circuito realizado para satisfacer
los anteriores requerimientos de operación para el funcionamiento de la planta.
69
Figura 34. Diseño circuital.
Fuente: los autores
El circuito consta de una tarjeta de desarrollo ARDUINO UNO configurado como
tarjeta de adquisición de datos pero teniendo en cuenta de los valores de voltaje
de operación del variador de frecuencia superan el estándar TTL de 0-5V, se
necesitó acoplar a las salidas de la tarjeta 2 opto-acopladores MCT6, que poseen
en su encapsulado 2 opto-transistores en los cuales en los diodos se conectan los
pines de la tarjeta y en los transistores las fuentes de alimentación y las salidas al
variador.
En el primer MCT6 en los emisores se energizan con 5V y en los pines 3 y 4 del
ARDUINO se configuran como salidas las cuales van a los cátodos de los diodos
LED y por medio de un “0” (cero lógico) se encienden los diodos LED y se
permitirá que por el emisor del transistor pasen los 24V necesarios para encender
las entradas del variador. Al segundo MCT6 se utiliza tan solo un opto-acoplador
el cual se conecta al pin 5 del ARDUINO el cual es una salida PWM al ánodo del
diodo LED y en los cátodos se conectan tierras para que por medio de un “1” (uno
70
lógico) se encienden los diodos LED y se permitirá que por el transistor se genere
una señal PWM de 0-10V.
Para la alimentación del circuito se utiliza un cargador de teléfono móvil que
transforma 110VAC a 6VAC, con aguante en consumo de corriente de hasta
300mA el cual será rectificado por el puente de diodos que se encuentra después
de la bornera donde ira el cargador, este convertirá los 6VAC en 5VDC para que
pueda trabajar el encoder sin ningún inconveniente. El circuito implementado
consume un máximo de 60mA el cual es más que suficiente para alimentar todo y
no tener que exigir al puerto USB de la tarjeta ARDUINO que alimente todo el
circuito.
El tipo de cable que se utiliza para las conexiones externas es un cable
apantallado dúplex 3893475 de 3 hilos para audio o video. La pantalla que recubre
el cable ira conectada a la carcasa de la caja de control para aislar ruidos y los
hilos irán a sus respectivos destinos dependiendo el diseño. El cable para el
sensor Hall es de la misma clase pero se tiene presupuestado hacerlo de 70cm
aproximadamente para no tener problemas más adelante de ruidos que se
generen con los voltajes TTL
3.6.1 Selección mando de control automático/manual. Para seleccionar el
mando de la banda transportadora al control de LabView o de modo
manual, se procede a diseñar el circuito que se puede apreciar en la Figura
35 el cual se encarga de direccionar la corriente que pasa del variador a la
caja de mando o a la tarjeta de adquisición.
71
Figura 35. Circuito implementado para seleccionar el mando de la banda.
Fuente: los autores
El circuito anterior consta de un interruptor que trabaja como paso de
energía, para cambiar el sentido de la corriente de la interfaz manual a la
automática por medio de 6 relés correspondientes a las 3 entradas y las 3
fuentes del variador de frecuencia. Si el interruptor se encuentra abierto se
energizara la banda por medio de la interfaz manual que está conectada a
los pines normalmente cerrados de los relevadores; En cambio si el
contacto se cierra se energizan los contactos normalmente abiertos y
permiten el paso de corriente por la tarjeta de adquisición.
En las borneras X3 y X6 van conectados los cables que se dirigen directo al
variador, los cuales son los contactos que energizan los pines de los relés;
en las borneras 1 y 2 se conectan los cables de la interfaz manual y en las 4
y 5 los cables de la tarjeta. En las borneras 4 y 5 se deja un pin suelto que
es el del apantallamiento de los cables, este se deja abierto porque se
alimenta con la tierra de la tarjeta de adquisición y si se llegara a enlazar
72
con la tierra del variador se inundaría de ruido la tarjeta y sería imposible la
comunicación entre LabVIEW y la banda.
Al unir la tarjeta de adquisición con el circuito de switches, se realiza una
doble protección para los pines de la tarjeta Arduino con opto-acopladores y
relés. Por medio de un diodo conectado en inversa con respecto a la fuente
se protege el circuito de la tarjeta de adquisición de corrientes inversas que
puedan ser inducidas por los relés y el transistor sirve de segundo switch
para alimentar a los relés.
La ventaja que tienen los relevadores con respecto a los opto-acopladores u
otros dispositivos es que poseen una salida normalmente cerrada la cual
conduce sin consumo de corriente y al energizar la bobina cambia el
sentido de la corriente a la salida normalmente abierta.
Los relés tienen 2 desventajas y son: un contacto cuasi-mecánico que
cambia de estado por la inducción en una bobina que con tiempo se
desgasta si se varía de estado con frecuencia, por ejemplo 2 veces por
segundo, pero es irrelevante, puesto que los cambios de estado se realizan
esporádicamente con un interruptor manual. La otra desventaja es que los
relés al poseer bobinas consumen una cantidad de corriente considerable.
Los 6 relés en paralelo consumen alrededor de 350mA, superando los
300mA que puede brindar la fuente diseñada en la tarjeta, por ende fue
alimentado el circuito por los 5v que suministra el Arduino.
3.7 PROGRAMACIÓN SISTEMA EMBEBIDO
Para poder diseñar una tarjeta de adquisición a medida que pudiera interactuar sin
ningún problema entre el programa principal en LabView y el actuador de la planta
que en este caso es el variador de frecuencia, se requiere realizar un circuito a
medida para que la tarjeta de desarrollo ARDUINO funcione como puente entre el
mundo digital y el mundo electrónico, dando como resultado el poder interactuar
73
con el variador de frecuencia a voltajes fuera del estándar TTL. De igual forma se
necesita que el programa reciba las órdenes de la herramienta LabView por medio
del puerto serial para encender, cambiar dirección o variar la velocidad del motor
así mismo se necesita que la tarjeta sea capaz de captar la señal ejercida por el
sensor, procesarla y enviar por comunicación serial el valor de revoluciones por
minuto (RPM) del motor en tiempo real.
En primera instancia se requiere poder captar los flancos enviados por el sensor y
poder procesarlos dando como resultado la velocidad en revoluciones por minuto
(RPM) del motor; para ello se utilizó la interrupción 0 de la tarjeta ARDUINO
ubicada en el pin 2, está cada vez que se activa por un flanco ascendente que
llega aumenta un contador y por medio del temporizador 1 se realiza la ecuación
de RPM ilustrada en la Ecuación 9 en el marco teórico, se borra el contador y se
envía por puerto serial el valor de RPM.
Para activar el temporizador en el ARDUINO se deben seguir los siguientes pasos:
Desactivar las interrupciones en el bloque de inicializaciones (void setup)
con la instrucción cli();
limpiar los registros TCCR1A y TCCR1B
asignar el valor del temporizador 1 en el registro OCR1A
activar el modo comparación en el bit WGM12 del registro TCCR1B
activar el preescaler que en este caso es de 1024, en los bits CS10 y CS12
del registro TCCR1B
activar la comparación en el bit OCIE1A del registro TIMSK1
activar las interrupciones con la instrucción sei();
incluir las librerías por defecto <avr/io.h> y <avr/interrupt.h>
en la bucla donde se desea que vaya el proceso se debe de nombrar como
ISR(TIMER1_COMPA_vect) nombrando el vector de comparación del
temporizador
74
Para calcular el valor para asignar al temporizador 1 se usa la Ecuación3 y para
asignar el valor de preescaler se debe de seguir la Tabla 11.
Ecuación 3. Ecuación para hallar valor de temporización (Atmel, 2014)
Tabla 11. Tabla para asignar el valor del Preescaler (Atmel, 2014)
CS12 CS11 CS10 Descripción
0 0 0 sin fuente de reloj
0 0 1 sin preescaler
0 1 0 8
0 1 1 64
1 0 0 256
1 0 1 1024
1 1 0 reloj externo de flanco descendente pin
T0
1 1 1 reloj externo de flanco ascendente pin
T0
Para la interrupción tan solo se necesita inicializar la interrupción con la instrucción
attachInterrupt(0, rpm_fun, RISING); la cual consta de 3 partes las cuales son el
número de la interrupción, el nombre de la bucla y el tipo de interrupción, que en
este caso es de flanco ascendente. En la Figura 36 se ilustrará las inicializaciones
necesarias para activar la interrupción y el temporizador y en la Figura 37 se
adjunta el diagrama de flujo de la interrupción y el temporizador.
75
Figura 36. Inicializaciones para el funcionamiento del temporizador y la interrupción
Fuente: los autores
Figura 37. Diagrama de flujo de la interrupción externa y el temporizador
Fuente: los autores
76
Luego de adquirir los datos de la realimentación, se procede a realizar un puente
entre LabVIEW y el variador de frecuencia. Para poder adquirir los datos del
puerto serial que envía LabView se debe leer si el buffer serial.available posee
algo diferente a 0, si es así se procede a tomar el dato y a procesarlo como se
desee. Para leer el dato recibido del puerto serial se utiliza el comando Serial.read,
que capta el valor del dato como un carácter y para enviar un dato al computador
se utiliza el comando Serial.print en el cual se envía el valor de RPM después de
pasar por la ecuación 9 para que labview realice un posterior análisis. En la bucla
principal se ideo el uso de letras para enviar desde LabView al arduino una
instrucción especial que se puede visualizar en la Figura 38.
Tabla 12. Tabla de instrucciones especiales para la comunicación serial
Letra Pin 3
Pin 4 Descripción
a 1 1 pin de encendido y de dirección del variador apagados
b 0 1 pin de encendido funcionando y de dirección del variador
apagado
c 1 0 pin de encendido apagado y de dirección del variador
funcionando
d 1 1 pin de encendido y de dirección del variador funcionando
h - - clarea el contador PWM y manda a 0 la salida PWM
Para lograr realizar una comunicación efectiva entre LabVIEW y arduino, se debe
de dividir el dato en sus 3 dígitos para que arduino lo pudiera reconocer, puesto
que al mandar una cadena de datos por LabVIEW se generaban errores en el
arduino y no se podían leer, entonces se envía primero la centena, después la
decena y por último la unidad y al enviar cada dato se aumenta el contador PWM;
Cuando el contador es igual a 3 se limpia el contador PWM, pasan los 3 datos
obtenidos por la Ecuación 4 y el valor resultante se escribe el dato por el pin 5 del
arduino. En la Figura 38 se ilustra el diagrama de flujo de la bucla principal del
programa en donde se reciben los valores del puerto serial.
Ecuación 4. Ecuación para hallar el valor del PWM
( [ ] ) ( [ ] ) ( [ ])
77
Figura 38. Diagrama de flujo de la bucla principal
Fuente: los autores
78
4 DISEÑO DEL CONTROLADOR
4.1 MODELOS DE CONTROL
Para poder diseñar el controlador se estudiaron tres modelos de control
empleados en investigaciones de universidades destacadas en el mundo, para
poder decidir sobre la estrategia de control que más se ajuste a los requerimientos
del motor trifásico de la banda transportadora, ubicada en la unidad productiva del
edificio los Naranjos de la Universidad San Buenaventura Cali.
4.1.1 Modelo de control de velocidad sin sensor, Basado en la teoría de
estabilidad de Lyapunov. Existen modelos de control de motores de
inducción que no necesitan de sensor para realimentar, sino que son
basados en modelos matemáticos que describen su funcionamiento y
ayudan al controlador a regular el proceder del motor de forma óptima. Un
claro ejemplo es el diseño de control de velocidad de un motor de inducción
basado en un modelo de referencia, realizado por los ingenieros Yang
Zhiping, Yue Quiqin, Ye Young de la Universidad de Chongqing-China, los
cuales desarrollaron su sistema de control por medio de un modelo
matemático basado en la teoría de estabilidad de Lyapunov expresada en
las ecuaciones 5 y 6. Aplican un análisis vectorial a la corriente de estator y
al flujo del rotor de la máquina, para estimar la velocidad del motor y así
crear un control variable. (Zhiping, Quiqin, & Young , 2012)
Ecuación 5. Ecuación para hallar el error según la teoría de estabilidad de Lyapunov
[( ) ( ) ]
79
Ecuación 6. Constante de error según la teoría de estabilidad de Lyapunov
A partir de la teoría de estabilidad de Lyapunov, se puede concluir que el
error de la velocidad del rotor tiende a cero como el tiempo t tiende a
infinito, por ende los ingenieros calculan la velocidad del rotor Wr a través
de un modelo estimado generado con mediciones de las tensiones y
corrientes del estator, en la ecuación 7 se puede observar la ecuación
resultante de la investigación. En la Figura 39 se puede observar el
resultado arrojado por el simulador ilustrando un setpoint de velocidad de
rotor Wr cumplido por el motor en los intervalos K de tiempo desde su
transitorio cuando se energiza hasta su estacionario. (Zhiping, Quiqin, &
Young , 2012)
Ecuación 7. Ecuación resultante del proyecto: control de velocidad de un motor de
inducción basado en un modelo de referencia
( ) [ ] ( ) ( ‖ ‖ | ( )| ) ( ( ))
( )
( )
( )
80
‖ ‖
( )
( )
Figura 39. Resultados de la investigación del control de velocidad de un motor de inducción basado en un modelo de referencia.
Fuente: (Zhiping, Quiqin, & Young , 2012)
4.1.2 Modelo de control de velocidad sin sensor basado en modelo de
referencia adaptativo (MRAS). Los controles de motores de inducción sin
sensor, son ampliamente utilizados en la industria por su fiabilidad y
flexibilidad, especialmente en campos hostiles. Sin embargo el desarrollo de
muchos de los controles con sensores en motores de inducción a bajas
velocidades no son muy eficientes.
81
M.K. Metwally de la Universidad de Alexandria-Egipto, presenta un modelo
de referencia de un sistema adaptativo (MRAS), basado en la resistencia
del estator para extraer su corriente y en estimaciones de unidades del
motor de inducción alimentados por un inversor trifásico de 4 switches en la
región de baja velocidad el cual posee un número reducido componentes,
minimizando enlaces de conducción y perdidas de conmutación como se
puede ver en la Figura 40, ampliamente utilizado en la industria y siendo
denominado por muchos como conversor minimizado de bajo costo.
(Metwally, 2013).
Figura 40. Inversor trifásico de 4 switches utilizado en el control de velocidad sin
sensor basado en modelo de referencia adaptativo (MRAS).
Fuente:(Metwally, 2013)
El estimador de velocidad teórico (bucla de control) se ilustra en la
Figura 41 en donde la diferencia entre los bloques de las ecuaciones 8 y 9
basadas un modelo de referencia de voltaje y un modelo ajustable de
corriente permiten hallar el coeficiente de error ilustrado en la ecuación 11
por medio de un control PI (ecuación 10) arrojando como resultado un
sistema global del algoritmo de control sin sensor (ver Figura 42).
(Metwally, 2013).
82
Ecuación 8. Ecuación del modelo de referencia de voltaje
[
( )
]
Ecuación 9. Ecuación del modelo adaptativo de corriente
[
)
]
( )
Ecuación 10. Ecuación del mecanismo de adaptación (controlador PI)
[ ]
Ecuación 11. Ecuación del error
83
Figura 41. Esquema teórico del estimador de velocidad (bucla de control)
Fuente: (Metwally, 2013)
Figura 42. Esquema del sistema global del algoritmo de control sin sensor
Fuente: (Metwally, 2013)
El sistema global de control consta de un control de campo orientado (field
oriented control en inglés), más conocido como el circuito de 4 switches .El
cual adquiere la corriente del estator y el estimado de velocidad angular del
rotor como realimentación. Como setpoint se toma el acoplamiento
inductivo y la velocidad deseada del rotor, y como salida genera un
switchado de 4 pulsos para el inversor de voltaje (voltaje source inverter). Al
84
pasar por el inversor se genera el voltaje necesario para alimentar el motor
y a su vez se mide el voltaje y la corriente de estator para que el modelo de
referencia y el modelo adaptativo puedan generar el acoplamiento inductivo
de voltaje y corriente, necesarios para generar el error en forma de
estimado de velocidad angular y poder realizar el control PI del motor. Los
resultados de dicho modelo se pueden observar en las Figura 43 Y Figura
44.La primera muestra la respuesta del sistema ante una entrada escalón
unitario, mientras que, la segunda indica el comportamiento del sistema
ante la presencia de un disturbio.
Figura 43. Resultados del experimento de cambio de velocidad (a) velocidad del
motor ante un escalón
Fuente: (Metwally, 2013)
85
Figura 44. Resultados del experimento de cambio de velocidad (b) prueba de velocidad del motor ante situaciones cambiantes.
Fuente: (Metwally, 2013)
4.1.3 Evaluación de técnicas de lógica difusa en el control de máquinas
inductivas. El utilizar los tipos de control clásico como lo es un PID,
permiten un sobresaliente rendimiento de control en sistemas dinámicos,
debido a sus tiempos de respuesta, sin embargo en ocasiones se requiere
una mayor estabilidad y precisión en el sistema, y es ahí donde el ajuste de
este tipo de control se vuelve más complicado por el hecho de que los
cambios son más bruscos, por ello se presenta el control P difuso,
generando una mejor respuesta frente a los disturbios presentados en las
señales del proceso. (Ferreyra & Fuentes, N.D.)
Los ingenieros Jaime Fonseca, Joao Alonso, Julio Martins y Carlos Couto
de la Universidad do Minho de Portugal desarrollaron una evaluación de
técnicas de control difuso en el control de velocidad, variando el
deslizamiento de un motor trifásico por medio de Matlab/Simulink, usando el
toolbox de FussyLogic empleado para generar el código correspondiente al
86
control. Ellos realizan una comparación del control difuso con un control PI
clásico, demostrando que mediante la elección adecuada de las reglas y de
funciones de pertenencia6, su comportamiento dinámico es mejor,
principalmente en la sensibilidad ante variación de parámetros asociados a
un disturbio. Concluyen que la lógica difusa puede ser una alternativa
importante con respecto a las técnicas de control clásico. En la Figura 45
se muestra un esquema en Simulink utilizado por los autores del documento
(Fonseca, Alonso, Martins, & Couto, N.D.)
Figura 45. Diagrama de bloques del control PI clásico usando Simulink.
Fuente: (Fonseca, Alonso, Martins, & Couto, N.D.)
El controlador de deslizamiento se basa en una adición entre la frecuencia
de deslizamiento (Wr) y la realimentación de velocidad del motor (W) para
generar la frecuencia del estator. Para alimentar el inversor que suplirá de
voltaje al motor, se genera una relación entre el voltaje necesario para
alimentar el estator (Us) y la frecuencia de deslizamiento (Ws) en relación
(Us/Ws). El esquema de control difuso que diseñaron los ingenieros para el
proyecto se puede observar en la Figura 46.
6 Función de pertenencia: aplicación que asocia cada elemento de un conjunto difuso con el valor lingüístico
asociado. Los conjuntos difusos son caracterizados por sus funciones de pertenencia.
87
Figura 46. Diagrama de bloques del control difuso usando Simulink.
Fuente: (Fonseca, Alonso, Martins, & Couto, N.D.)
El error de velocidad (Figura 47) es descrito por 5 funciones de pertenencia
triangulares: negativo grande (NL), negativo pequeño (NS), cero (ZE),
positivo pequeño (PS) y positivo grande (PL). La variación del Error (Figura
48) es descrita por 3 funciones pertenencia triangulares: negativo (N), cero
(ZE) y positivo (P). El Incremento del Deslizamiento (Figura 49) es descrito
por 7 funciones pertenencia triangulares: negativo grande (NL), negativo
medio (NM), negativo pequeño (NS), cero (ZE), positivo pequeño (PS),
positivo medio (PM) y positivo grande (PL). (Fonseca, Alonso, Martins, &
Couto, N.D.)
Figura 47. Funciones de pertenencia del control difuso: error de velocidad.
Fuente: (Fonseca, Alonso, Martins, & Couto, N.D.)
88
Figura 48. Funciones de pertenencia del control difuso: variación del error.
Fuente: (Fonseca, Alonso, Martins, & Couto, N.D.)
Figura 49. Funciones de pertenencia del control difuso: incremento del deslizamiento.
Fuente: (Fonseca, Alonso, Martins, & Couto, N.D.)
Los resultados al comparar el control PI tradicional y el difuso se pueden
observar en la siguiente gráfica, en donde se puede evidenciar una mejora
en la suavidad de las curvas por parte del control difuso tanto en
deslizamiento como en control PI tradicional. La Figura 50 compara las
gráficas de deslizamiento y velocidad en RPM tomadas en el arranque con
los 2 controles.
89
Figura 50. Arranque del motor tomando en cuenta velocidad (RPM) y deslizamiento
del 10%.
Fuente: (Fonseca, Alonso, Martins, & Couto, N.D.)
Analizando los tres modelos estudiados, se decidió implementar el modelo
de control de velocidad usando lógica difusa porque favorece la utilización
de instrumentación instalada en el motor que hace parte de la banda
transportadora y posibilita un manejo de la velocidad de acuerdo con los
requerimientos del proceso en la unidad productiva. Por otra parte, una de
las propuestas exige modelos matemáticos y físicos del motor para realizar
las estimaciones requeridas en el control propuesto. Este tipo de control se
sale del alcance del proyecto, debido a la complejidad de la teoría
subyacente. Finalmente, el otro modelo propone realizar un inversor de
corriente y de diseñar modelos matemáticos aplicados al control, para variar
el deslizamiento del motor, constituyéndose en un control especializado
90
para motores alto deslizamiento, situación que no se ajuste al motor en
cuestión.
4.2 CONTROL DE VELOCIDAD USANDO LÓGICA DIFUSA
Considerando que el proceso de la banda transportadora requiere siete cambios
de velocidad se presenta el control difuso como una buena alternativa frente a
estas necesidades, debido a que facilita la operación de rangos o conjuntos
mucho más específicos acorde con los requerimientos del proceso, en donde los
mandos “muy rápido”, “rápido”,” lento” y “muy lento”, posibilitan una mejor
maniobra de operación ante la presencia de variaciones de carga.
Considerando la descripción de la planta se decide realizar un control basado en
lógica difusa, en donde el desarrollo e implementación del control está definido por
los siguientes pasos:
Clasificación de variables entrada y salida.
Selección estrategia de Fusificación.
Selección de las funciones de pertenencia.
División de espacios de variables entrada y salida.
Desarrollo de la base de reglas.
Selección estrategia de Defusificación.
91
4.2.1 Clasificación de variables entrada y salida. Como punto inicial se debe
identificar cuáles son las variables de entrada y de salida en el diseño del
lazo de control, que serán relacionadas al controlador; en donde se
identifica como variables de entrada el error, como resultado de la
diferencia un valor deseado y el obtenido, esta variable tiene como fin
realimentar constantemente al control de la velocidad real de la banda por
medio del sensor ; por otro lado se encuentra el cambio del error o también
llamada derivada del error que representara la pendiente que está tomando
el sistema con respecto a la respuesta del proceso, todo esto para
determinar si se está efectuando un control deseado en la planta, la
decisión de identificar estas variables de esta forma es con el objetivo de
facilitar el entendimiento del control a implementar . por último se identifica
el valor de salida (pwm) del sistema que tendrá como objetivo variar la
frecuencia del micro drive, obteniendo así un cambio en la velocidad del
motor; con relación a lo dicho anteriormente las variables que se
identificaron, se pueden percibir en la Tabla 13:
Tabla 13: Clasificación de variables entrada y salida.
Variables
De
Entrada
Variables de
salida
Error PWM
Cambio
del error
Fuente: los autores
92
4.2.2 Variables lingüísticas de entrada. Para el siguiente diseño se eligen 5
variables lingüísticas de entrada, que se logran visualizar en la Tabla 14.
Tabla 14: Variables lingüísticas de entrada.
VARIABLES LINGÜÍSTICAS DE ENTRADA
PI
Positivo
Intermedio
NP
Negativo
Pequeño
ZE
Cero
PP
Positivo
Pequeño
NI
Negativo
Intermedio
Fuente: los autores
Al asumir el nivel de velocidad número 4(70 Rpm) en la banda
transportadora como el valor estándar, se determina que cada acción de
control tendrá un valor o grado de pertenencia, es decir cuando el valor que
se recibe es similar al deseado, se tendrá que la acción de control será
nula, por lo tanto tiene un mayor peso que las otras variables de entrada,
por lo cual las que están más lejos a este valor deseado tienen un menor
peso.
o Grado de pertenencia de las variables de entrada
93
Las funciones de pertenencia se basan en la definición de la función
característica de un conjunto clásico, en donde se identifican distintos tipos
de funciones, como lo es:
Función triangular
Función trapezoidal
Función gamma
Función gaussiana
Se destaca la función triangular debido a que por sus límites inferiores y
superiores, y el valor modal m como se puede apreciar en la Figura 51 ,
permite que se pueda abarcar la gran mayoría de valores de entrada
posibles. Para definir los limites (Figura 52) se tiene en cuenta el error que
se presenta al momento de recibir la velocidad sensada, el cual es de
alrededor de las revoluciones por minuto, todo esto con el objetivo de
obtener una respuesta ideal del control y no dar espacio a un cambio de
velocidad mayor a lo esperado.
Figura 51. Función de pertenencia triangular
Fuente: (Jimenez, 10)
94
Figura 52: Funciones triangulares de entrada- ERROR.
Fuente: los autores
La otra variable de entrada que es el cambio de error o tambien llamada
derivada del error(ver Figura 53), se presenta como la variacion que se esta
presentando en el accionar del control y asi determinar si la pendiente que
esta presentando es o no la deseada; Sus limites estan arraigados al error
presentado, con el fin de tener una relacio directa al momento de efectuar el
control.
Figura 53. Funciones triangulares de entrada- CAMBIO DEL ERROR.
Fuente: los autores
4.2.3 Variables lingüísticas de salida. En el caso de las variables de salida se
eligen distintos nombre para un mejor entendimiento en la matriz de las
reglas (ver Tabla 15).
95
Tabla 15 : Variables lingüísticas de salida.
VARIABLES LINGÜÍSTICAS DE SALIDA
AM
Aumento
Máximo
DP
Disminución
Pequeña
ZE Cero
AP
Aumento
Pequeño
DM
Disminución
Máxima
Fuente: los autores
Para el proyecto, la salida del controlador se efectuara por medio del PWM,
por ello se llevó a cabo varias medidas durante el funcionamiento de la
banda (ver Tabla 16 ), seleccionando valores de PWM en el puerto serial de
arduino, de tal forma corroborar valores de voltaje, y rpm por medio de una
comparación entre un foto tacómetro y el sensor elegido (encoder)
permitiendo así definir los límites de cada función triangular.
Tabla 16. Valores durante funcionamiento de la planta
Valor
PWM
Rpm
Sensor
Rpm Foto
Tacómetro
Voltaje En
El Micro
Drive
255 12 a 15 0 0,73
245 21 a 24 26 1,12
235 33 a 36 38 1,65
225 42 a 45 45 2,16
215 42 a 45 46 2,63
205 48 a 51 53 3,09
195 57 a 60 61 3,5
185 60 a 66 66 3,94
175 69 a 75 75 4,32
165 75 a 81 81 4,69
155 81 a 87 86 5,06
145 87 a 93 94 5,4
135 93 a 99 103 5,7
125 105 a 111 115 6,06
115 112 a 120 120 6,4 Fuente: los autores
96
En la Figura 54 se puede apreciar la pendiente que presenta el sistema y
que puede ser interpretada como datos erróneos debido a que el valor
máximo de PWM, es decir 255 genera alrededor de 18 RPM, todo esto es
debido que el circuito implementado presentaba esta anomalía, lo cual no
quiere decir que este mal, solo que se debe tener en cuenta al momento de
elegir los límites de la variable de salida del controlador.
Figura 54. Respuesta RPM vs PWM
Fuente: los autores
Teniendo en cuenta los resultados obtenidos se definen los límites de las
funciones triangulares ( ver Figura 55), eligiendo el valor 255 de PWM como
el valor mínimo de velocidad y el valor 115 como el dato necesario para
producir la mayor velocidad que el variador de frecuencia le puede ejercer
al motor.
y = -0,7446x + 205,03
0
20
40
60
80
100
120
140
0 100 200 300
RPM VS PWM
RPM VS PWM
Lineal (RPM VS PWM)
97
Figura 55 : Funciones triangulares de salida.
Fuente: los autores
4.2.4 Diseño de las reglas. Para el debido diseño del controlador se define 25
reglas con estructura IF-THEN, basándose en la matriz de interferencia (ver
Tabla 17 ) generada por las funciones triangulares de entrada y salida del
sistema; Este tipo de estructura se identifica como un protocolo de diseño
para los controladores difusos basada en las reglas heurísticas. (Agredo
Fajardo, 2011)
Regla 1: SI (el error es positivo intermedio) Y (cambio de error es positivo
intermedio) ENTONCES (aumento máximo).
Regla 2: SI (el error es positivo pequeño) Y (cambio de error es positivo
máximo) ENTONCES (aumento máximo).
Regla 3: SI (el error es cero) Y (cambio de error es positivo intermedio)
ENTONCES (aumento pequeño).
Regla 4: SI (el error es negativo pequeño) Y (cambio de error es positivo
intermedio) ENTONCES (aumento pequeño).
Regla 5: SI (el error es negativo intermedio) Y (cambio de error es positivo
intermedio) ENTONCES (cero).
98
Regla 6: SI (el error es positivo intermedio) Y (cambio de error es positivo
pequeño) ENTONCES (aumento máximo).
Regla 7: SI (el error es positivo pequeño) Y (cambio de error es positivo
pequeño) ENTONCES (aumento pequeño).
Regla 8: SI (el error es cero) Y (cambio de error es positivo pequeño)
ENTONCES (aumento pequeño).
Regla 9: SI (el error es negativo pequeño) Y (cambio de error es positivo
pequeño) ENTONCES (cero).
Regla 10: SI (el error es negativo intermedio) Y (cambio de error es positivo
pequeño) ENTONCES (disminución pequeña).
Regla 11: SI (el error es positivo intermedio) Y (cambio de error es cero)
ENTONCES (aumento pequeño).
Regla 12: SI (el error es positivo pequeño) Y (cambio de error es cero)
ENTONCES (aumento pequeño).
Regla 13: SI (el error es cero) Y (cambio de error es cero) ENTONCES
(cero).
Regla 14: SI (el error es negativo pequeño) Y (cambio de error es cero)
ENTONCES (disminución pequeña).
Regla 15: SI (el error es negativo intermedio) Y (cambio de error es cero)
ENTONCES (disminución pequeña).
Regla 16: SI (el error es positivo intermedio) Y (cambio de error es negativo
pequeño) ENTONCES (aumento pequeño).
Regla 17: SI (el error es positivo pequeño) Y (cambio de error cero)
ENTONCES (cero).
99
Regla 18: SI (el error es cero) Y (cambio de error es negativo pequeño)
ENTONCES (disminución pequeña).
Regla 19: SI (el error es negativo pequeño) Y (cambio de error es negativo
pequeño) ENTONCES (disminución pequeña).
Regla 20: SI (el error es negativo intermedio) Y (cambio de error es
negativo pequeño) ENTONCES (disminución máxima).
Regla 21: SI (el error es positivo intermedio) Y (cambio de error es negativo
intermedio) ENTONCES (cero).
Regla 22: SI (el error es positivo pequeño) Y (cambio de error es negativo
intermedio) ENTONCES (disminución pequeña).
Regla 23: SI (el error es cero) Y (cambio de error es negativo intermedio)
ENTONCES (disminución pequeña).
Regla 24: SI (el error es negativo pequeño) Y (cambio de error es negativo
intermedio) ENTONCES (disminución máxima).
Regla 25: SI (el error es negativo intermedio) Y (cambio de error es
negativo intermedio) ENTONCES (disminución máxima).
Tabla 17 : Matriz de interferencias
NI NP ZE PP PI
PI ZE AP AP AM AM
PMI DP ZE AP AP AM
ZE DP DP ZE AP AP
NI DM DP DP ZE AP
NM DM DM DP DP ZE
Fuente: los autores
100
5 CONTROLADOR BASADO EN LÓGICA DIFUSA IMPLEMENTADO EN
LABVIEW
Para el debido desarrollo e implementación del control difuso en LabView, se debe
tener en cuenta todo el diseño del controlador tratado en el capítulo 4, con sus
respectivas funciones triangulares y método de defusificación, que en este caso es
centro de área o conocido también como centroide. A continuación se identifica las
partes que componen el control realizado en el diagrama de bloque en la
plataforma LabView; Teniendo el While Loop como pieza fundamental del control,
al ejecutar los bloques que contiene de forma continua.
Figura 56. Diagrama de bloques control de velocidad número 1.
Fuente: los autores
En la Figura 56 se destaca 3 bloques importantes en la estructura, como número 1
se identifica el bloque VISA configure serial port, el cual tiene como función definir
el puerto serial por donde se enviaran y recibirán los datos del sistema por medio
del pc. En el número 2 se encuentra el elemento VISA write, encargado de escribir
101
los datos generados por el control y/o el usuario. Por último se define el fragmento
número 3 en donde se determina el encendido o apagado del motor, así mismo la
dirección en la que debe ir la banda transportadora.
Figura 57. Diagrama de bloques control de velocidad número 2.
Fuente: los autores
Como se puede apreciar en la Figura 57 se enfatiza en cuenta 5 secciones. En la
sección enumerada con el 4 se encuentra la codificación realizada para la
selección de velocidad hecha por el usuario, en donde se identifican las
revoluciones para cada velocidad, basándose en las pruebas realizadas durante el
funcionamiento normal de la planta. El elemento número 5 representa el eje del
control, debido a que en él se introduce las funciones trigonométricas (ver Figura
58 ) teniendo en cuenta los valores de error y cambio del error que le es
suministrado, para así determinar que regla se debe cumplir, de tal forma generar
102
una salida del controlador representada en valores de PWM. El bloque 6 y bloque
7 tienen como función visualizar en un graficador, las señales de set point y
realimentación del sistema, así como del valor PWM respectivamente. Como
última sección destacada se encuentra el número 8 en donde se identifica la
codificación que se debe hacer para lograr enviar dato por dato del valor PWM, es
decir que sea en forma de vector.
Figura 58. Controlador Fuzzy.
Fuente: los autores
103
Figura 59. Diagrama de bloques control de velocidad número 2.
Fuente: los autores
En la Figura 59 se identifica los últimos 2 bloques subrayados. El bloque número 9
(VISA read) es de gran importancia ya que lee los datos que llegan al sistema a
través de la comunicación serial. Finalizando se encuentra el elemento 10 (write to
spreadsheet file) encargado de digitalizar el historial de RPM con fecha y hora
exacta del sistema, en una archivo .txt, lo que permite identificar los cambios
presentados durante un tiempo determinado.
5.1 DISEÑO DE LA HMI
En la plataforma LabView se crea un panel frontal, como se puede observar en la
Figura 60, en donde se encuentra una visualización del funcionamiento del
sistema en modo genérico (apagado), de igual manera el usuario u operario
genera el inicio del programa y selecciona un set point de velocidad, el cual se
visualiza en un gráfico elegido, junto a la respuesta del control o también llamada
realimentación del sistema. El diseño de la interfaz hombre-máquina se presenta
como una solución óptima debido a su facilidad de uso para que el operador vaya
104
más allá del manejo de la máquina, y puede intervenir en el proceso, basándose
en el estado y la información que puede suministrar el panel de control, por medio
de botones, gráficos, etc.; Sin contar su alto nivel de vida útil.
Figura 60. Panel frontal control de velocidad.
Fuente: los autores
Las secciones definidas para el panel frontal son:
Set point velocidad- rango de 1 a 7, definido así porque son los niveles de
velocidad que actualmente contiene el proceso en el modo manual.
Switch Encendido/ apagado del motor.
Switch Dirección del motor izquierda/ derecha.
Puerto serial donde se conecta el equipo.
Grafica set point de velocidad y realimentación del sistema en RPM.
Mando de parada
105
6 PRUEBAS Y VALIDACIÓN DE RESULTADOS
Para un aceptable funcionamiento se estableció realizar distintos cambios en los
niveles de velocidad, con el objetivo de identificar los tiempos de estabilización
que se presenta en el proceso, teniendo en cuenta el punto exacto del cambio de
velocidad hasta que cumpla un error de máximo 3%. Luego se procede a realizar
disturbios en el proceso, esto por medio de cargas en la banda transportadora, así
mismo se efectúa distintas mediciones con una peso establecido, el cual se tuvo
en cuenta por las velocidades que maneja la banda; Todo esto con el fin de que
se pueda visualizar la respuesta del control difuso ante estos cambios y se puede
visualizar el diseño total de la HMI en funcionamiento.
6.1 TIEMPOS DE ESTABILIZACIÓN
La prueba para corroborar los tiempos de estabilización del sistema consistió en
fijar el set point desde un nivel de velocidad mínimo (2) hasta la velocidad 6 debido
a que no se presenta un gran cambio con respecto al nivel número 7, ya que las 2
trabajan con una rapidez alrededor de las 110 revoluciones por minuto. En la
adquisición de datos se especificó un tiempo de muestreo de 50 milisegundos,
tanto en la programación de la tarjeta de desarrollo como en el control hecho en
LabView, todo esto con el fin de proyectar un sistema mucho más rápido, además
de que se cuenta con un sensor de velocidad bastante avanzado en la tecnología
como lo es un encoder y que permite este tipo de velocidades de muestreo; Por lo
cual se presentarán 20 medidas por cada segundo que se graficaran en las
señales resultantes, provocando que se vea en algunas ocasiones distorsión en la
gráfica.
106
Figura 61. Estabilización velocidad 0 a 2.
Fuente: los autores
En la Figura 61 se puede ver la respuesta del sistema al cambio de velocidad, en
donde la banda transportadora se encontraba con una velocidad 0 (0 RPM), hacia
un nivel de velocidad 2(40 RPM). La estabilización del sistema se presenta
alrededor de 4 segundos, que es cuando llega al valor deseado por el control y
definido por el usuario.
107
Figura 62. Estabilización velocidad 2 a 3.
Fuente: los autores
Como se puede apreciar en la Figura 62, el cambio de nivel de la banda es de
2(40 RPM) a 3(50 RPM), teniendo un tiempo de estabilización es de
aproximadamente 3 segundos, tomando valores entre 48 y 54 revoluciones por
minuto, es decir que se presenta un tiempo similar con respecto a el cambio
anterior. Durante la adquisición de los valores de realimentación se presenta una
saturación en el buffer de entrada serial de LabVIEW, generando unos picos en la
señal graficada como se aprecia en los cuadros remarcados, sin embrago esto
solo se presenta en la gráfica y no como un dato que afecte el control.
108
Figura 63. Estabilización velocidad 3 a 4.
Fuente: los autores
En la Figura 63 se identifica el cambio de nivel de velocidad número 3 (50 RPM) a
la numero 4 (70 RPM), en donde se ve reflejada un tiempo de estabilización entre
5 y 6 segundos, en el cual la banda transportadora alcanza las 70 revoluciones por
minuto, manteniéndose en este valor con un error de más o menos 3 revoluciones.
Teniendo en cuenta las pruebas de velocidad realizadas, se concluye que cuando
el sistema se encuentra en reposo la respuesta es mucho más rápida, teniendo
tiempos de estabilización entre 3 y 4 segundos, caso contrario cuando se produce
el cambio entre velocidades mayor al nivel 2, debido a que el esfuerzo es mayor,
obteniendo así tiempos de estabilización que alcanzan los 6 segundos. Al
momento de intercambiar las fases del motor y provocar el cambio de dirección de
la banda transportadora, partiendo del nivel de velocidad intermedia (3), el tiempo
de respuesta para que vuelva al valor de revoluciones deseadas, es de cerca de
los 9 segundos, como se puede observar en la Figura 64.
109
Figura 64. Cambio de dirección.
Fuente: los autores
6.2 RESPUESTA DEL CONTROL DIFUSO ANTE CARGAS EN LA BANDA
Continuando con las pruebas programadas, se inician las ensayos con carga, para
ello se opta por trabajar con 1 carga de 80 kg; En donde el nivel de velocidad
número 4 se define como el estándar para realizar las mediciones, debido a que
se presenta como el más favorable para visualizar la respuesta del control por el
valor de revoluciones por minutos enviadas al controlador.
Para el peso seleccionado se determina realizar las pruebas con niveles de
velocidad 4, 5,6 y cambio de dirección; todo esto con el fin de observar los tiempos
de respuesta y esfuerzo de control.
Carga=80 kg
110
En el nivel de velocidad número 4 se tiene una valor deseado de 70 revoluciones
por minuto, como se puede evidenciar en la Figura 65, el cambio de velocidad en
el momento que se efectúa la carga sobre la banda transportadora, provoca una
disminución de aproximadamente 35 revoluciones en este instante; luego el
control difuso realiza su función y estabiliza el sistema entre 4 y 5 segundos
posteriormente a esta disminución de velocidad.
Figura 65. Carga 80 kg en nivel 4.
Fuente: los autores
Carga 80 kg
111
Figura 66. Carga 80 kg en nivel 5.
Fuente: los autores
Como se puede ver en la Figura 66, se envía 90 revoluciones por minuto,
correspondiente al nivel número 5 de velocidad, de igual forma se refleja que la
carga se genera alrededor de los 4 segundos después del inicio, generando una
caída de 25 RPM, dando como resultado un esfuerzo óptimo del control, al
estabilizar el sistema con un tiempo menor a los 3 segundos.
Continuando con los ensayos estipulados, en la Figura 67 se puede apreciar el
cambio generado en el sistema cuando se es aplicada una carga de 80 kg,
presentado una caída de hasta las 75 revoluciones por minuto, cuando el valor
deseado es de 100 RPM. Sin embargo se destaca el tiempo de respuesta del
control difuso, dando como resultado una estabilización alrededor de los 4
segundos, al recibir entre 97 y 103 RPM.
Carga 80 kg
112
Figura 67. Carga 80 kg en nivel 6.
Fuente: los autores
Con el objetivo de verificar la respuesta del control difuso frente a los disturbios
ocasionados al proceso de la planta; se puede observar que aunque la señal
recibida o también denominada realimentación, no se encuentra filtrada
completamente, se logró controlar la velocidad deseada por el usuario,
implementado una carga al sistema un poco pesada, debido a que la banda
transportadora no maneja grandes velocidades, por lo cual no se vería muy bien el
cambio en la gráfica de la HMI.
Carga 80 kg
113
7 GUIAS DE LABORATORIO
Con el objetivo de incentivar a la solución de problemas prácticos, y mejorar las
habilidades de los estudiantes de ingeniería electrónica, se presenta el diseño de
2 guías para desarrollar en el laboratorio.
7.1 PRÁCTICA 1: CONTROL DE VELOCIDAD DE UN MOTOR TRIFÁSICO
USANDO LÓGICA DIFUSA
7.1.1 Objetivos
Diseñar un controlador basado en lógica difusa.
Reconocer y utilizar las herramientas de LabView para el diseño de
controladores difusos.
Implementar el control en la plataforma LabView.
Realizar pruebas
114
7.1.2 Equipos necesarios
Computador con la plataforma LabVIEW
7.1.3 Marco teórico
En la siguiente figura se muestra el esquema de control en lazo cerrado para
controlar la velocidad de un motor trifásico.
Sistema de control en lazo cerrado
Los elementos que se destacaron son:
Set point: Es el valor que se le aplica al proceso y se espera a la salida del
mismo.
Error: Significa la diferencia que existe en el valor deseado y la señal proveniente
de los elementos de realimentación.
Cambio del error: representa el valor que está tomando la pendiente de salida, es
decir si el control está efectuando o no un cambio.
Control difuso: Es el encargado de generar una orden de control, buscando
disminuir la variable error.
Actuador: tiene como función realizar una adecuación de señales entre el control
y la planta.
115
Planta: se identifica como el proceso a controlar.
Realimentación: elementos que permiten tomar una medición constante de la
salida que se está presentando y enviarla a comparar con el set point.
Salida deseada: como su nombre hace referencia, representa la salida deseada o
resultado del proceso.
7.1.4 Guía de trabajo
Diseñar un controlador basado en lógica difusa para el control de velocidad de un
motor trifásico.
Consulte la tesis de grado CONTROL DE VELOCIDAD, USANDO LA
PLATAFORMA LABVIEW, DE UN MOTOR TRIFÁSICO DE JAULA DE ARDILLA
DE POTENCIA FRACCIONARIA, para más información sobre el diseño del
control. Se debe especificar las variables de entrada y salida, variables
lingüísticas, grados de pertenencia y reglas.
7.1.4.1 Procedimiento
Para desarrollar el diseño del control difuso se debe seguir los siguientes
pasos:
Crear un proyecto nuevo en la plataforma LabView, buscar en la barra el
icono Tools, dar clic y buscar control and simulation, enlazado se encuentra
fuzzy sistema designer, dar clic para abrir la ventana del diseño del
controlador.
Como segundo paso, dentro de la ventana del controlador se encuentra las
variables de entrada y salida, así como las reglas que se deben definir ().
Paso siguiente se da clic en el icono test system, donde se debe realizar las
simulaciones correspondientes, variando el valor de las entradas y
116
verificando el dato de salida, realizar distintas pruebas para llenar la
siguiente tabla; Anexar pantallazo de 5 pruebas.
Tabla: Valores de salida
NI NP ZE PP PI
PI
PMI
ZE
NI
NM
¿Qué puede concluir?
7.1.4.2 Preguntas teóricas
¿Qué cantidad de variables lingüísticas se puede utilizar en un control
de lógica difusa?
Investigue el funcionamiento de al menos 3 sensores de temperatura.
7.1.4.3 Preguntas para resolver en el laboratorio
¿Según sus observaciones qué ventajas y desventajas representa el control
difuso?
Desarrolle el diagrama de control del proceso en lazo cerrado, identificando
las partes que componen el controlador.
7.1.5 Informe práctica de laboratorio
Portada
Objetivos de la practica
Listado de equipos
Procedimiento
117
Simulación por medio de la plataforma LabView
Solución preguntas teóricas
Conclusiones y/o recomendaciones.
7.2 PRÁCTICA 2: CONTROL DE VELOCIDAD DE UN MOTOR TRIFÁSICO
USANDO LÓGICA DIFUSA IMPLEMENTADA EN LABVIEW
7.2.1 Objetivos
Identificar los elementos que hacen parte de un control de velocidad en lazo
abierto.
Examinar el funcionamiento del controlador difuso simulado en LabVIEW.
Realizar pruebas con los cambios estipulados en el lazo de control.
7.2.2 Equipos necesarios
Computador con la plataforma LabVIEW
7.2.3 Marco teórico
Sistema de control de velocidad de un motor trifásico en lazo abierto.
118
7.2.4 Guía de trabajo
Simular en LabVIEW un controlador en lazo abierto basado en lógica difusa.
Consulte la tesis de grado CONTROL DE VELOCIDAD, USANDO LA
PLATAFORMA LABVIEW, DE UN MOTOR TRIFÁSICO DE JAULA DE ARDILLA
DE POTENCIA FRACCIONARIA, para más información sobre el diseño del
control.
7.2.4.1 Procedimiento
Para la simulación del control de velocidad de un motor trifásico, se tiene el
siguiente programa en LabVIEW; con el fin de visualizar y mejorar su
rendimiento.
119
En el block diagrama presentado se encuentra las herramientas del control
difuso, en donde se variara la variable de entrada set point, asumiendo el
error como cero.
Se debe simular el programa anterior, variando el valor de entrada y anexar al
menos 3 pantallazos de la respuesta del control.
Que mejoras se pueden visualizar con respecto al programa anterior.
Desarrollarlas y observar su respuesta en la salida.
7.2.4.2 Preguntas teóricas
Que diferencias presentan un control clásico PI y un control difuso en
lazo abierto.
Que dispositivos pueden favorecer el rendimiento de un controlador de
lazo abierto.
120
7.2.4.3 Preguntas para resolver en el laboratorio
¿Qué ventajas y desventajas presentan un control en lazo abierto y en
lazo cerrado?
En base a las observaciones y la bucla desarrollada, determine qué
elementos tienen un mayor rango cualitativo.
7.2.4.4 Informe práctica de laboratorio
Portada
Objetivos de la practica
Listado de equipos
Procedimiento
Simulación por medio de la plataforma LabView
Solución preguntas teóricas
Conclusiones y/o recomendaciones.
CONCLUSIONES
Se logró el objetivo general del proyecto el cual era controlar la velocidad
de un motor trifásico por medio del lenguaje de programación LabVIEW,
comunicando la planta y el computador por medio de la tarjeta de desarrollo
Arduino, permitiendo que los estudiantes en un futuro puedan realizar
prácticas de laboratorio con motores trifásicos y puedan aprender sobre la
electrónica en la industria.
Al estudiar la lógica difusa y su aplicación en control de motores, se logra
construir una visión y una perspectiva importante de la aplicación de
121
procesos industriales que demanden sistemas de control afines a dinámicas
descritas por operarios expertos para optimizar los procesos de producción.
Para elegir los límites de un control difuso dentro de la identificación de sus
variables de entrada y salida, se debe tener en cuenta los valores de voltaje
y PWM que se presenta en el variador de frecuencia, debido a que su
función es primaria en el proceso al controlar el motor de la banda.
De acuerdo con las pruebas realizadas con el sensor de efecto Hall
UGN3503 a 24 pulsos por vuelta se presentó un error del 11%,
representando variaciones de 9 a 10 flancos por interrupción en 250mS. Al
cambiar el sensor por el encoder incremental E50S8-360-3-T-24 a 360
pulsos por vuelta, se obtuvo como resultado un error del 5,8% con
variaciones de 16 a 18 flancos por interrupción en 50%, generando
información acertada de la banda en tiempo real y evitando errores de
instrumentación en el control, además de disminuir el periodo de muestreo
y permitiendo un control más rápido.
El sistema implementado funciona correctamente para computadores
portátiles y computadores de escritorio, teniendo en cuenta en la máquina
debe estar instalado el software LabVIEW y el driver de la tarjeta de
adquisición Arduino, dando mayor flexibilidad y versatilidad al uso de la
banda.
.
La ejecución y funcionamiento del controlador, permiten realzar las
bondades que tiene usar el método difuso en distintas aplicaciones de
control, ya que una vez entendido el principio de funcionamiento, se
comprende instantáneamente la facilidad que se tiene en diseñar,
implementar y valorar el método diseñado.
122
Al utilizar relés en el circuito de cambio de manual a automático y opto-
acopladores en el circuito Shield para el variador, se ejerce una doble
protección en los pines de la tarjeta Arduino ya que se apartan los voltajes y
ruidos que pueda generar el variador y salvaguarda la integridad de la
tarjeta Arduino, además de proteger la comunicación USB ya que si se
junta la tierra del variador con la tierra del Arduino se inunda de ruido el
sistema, siendo peligroso para el puerto USB del computador por corrientes
parasitas que lo puedan quemar.
123
RECOMENDACIONES
Al conectar la tarjeta Arduino con el circuito Shield, inicialmente se debe
cargar el Firmware en la tarjeta para poder conectarla. Segundo se debe
abrir la interfaz de LabView y buscar el puerto COM al cual corresponde la
tarjeta y finalmente presionar ejecutar. Al cerrar la aplicación presionar el
botón de STOP de la interfaz, no el del programa, puesto que puede
generar errores
En la implementación de controladores difusos, se debe poseer
conocimientos teóricos básicos, los cuales permitan realizar aplicaciones
robustas ante las necesidades del cliente, ya que si no se ejecuta un
procedimiento adecuado será más difícil de implementarlo y de hacer un
mantenimiento de este.
Se recomienda verificar siempre el estado del proceso de una máquina o
proyecto a realizar, identificando los recursos que se tienen, y los datos que
se enviaran durante su funcionamiento; con el objetivo de enfocar el
desarrollo a partir de estas variables, como lo fue en nuestro caso el
variador de frecuencia y los voltajes de alimentación de este. Dando así una
idea clara de cómo poder controlar la velocidad del proceso, partiendo de
su funcionamiento manual.
124
BIBLIOGRAFIA
Agredo Fajardo, J. (2011). IMPLEMENTACION DE CONTROL DE VELOCIDAD
DE UN MOTOR DC UTILIZANDO LÓGICA DIFUSA EN LA PLATAFORMA
DE LABVIEW. Recuperado el 8 de Octubre de 12, de Universidad San
Buenaventura Cali:
http://bibliotecadigital.usbcali.edu.co/jspui/bitstream/10819/713/1/Implement
aci%C3%B3n_Control_Labvie_Agredo_2011.pdf
Allegro, M. (2002). 3503 RATIOMETRIC, LINEAR HALL-EFFECT SENSORS.
Recuperado el 01 de Septiembre de 2015, de Worcester, Massachusetts,
USA:
http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/allegromicrosystems/3503.pdf
Areny, R. (2004). Sensores y acondicionadores de señal. Barcelona, España:
Marcombo. Recuperado el 26 de 05 de 2015, de
https://books.google.es/books?hl=es&lr=&id=Eevyk28_fVkC&oi=fnd&pg=PR
11&dq=sensor+efecto+hall&ots=JWiI34Fqgi&sig=Jgk5VBN80RmKWojyUZY
m5aKTPPA#v=onepage&q=sensor%20efecto%20hall&f=false
Atmel, C. (Octubre de 2014). ATmega48A/PA/88A/PA/168A/PA/328/P .
Recuperado el 15 de Junio de 2015, de Datasheet:
http://www.atmel.com/images/Atmel-8271-8-bit-AVR-Microcontroller-
ATmega48A-48PA-88A-88PA-168A-168PA-328-
328P_datasheet_Complete.pdf
Autonics, C. (N.D.). E50S Series. Recuperado el 01 de Septiembre de 2015, de
mundelein, illinois, USA: http://www.farnell.com/datasheets/1599245.pdf
Autonicssupplier. (N.D.). Autonics E50S8-360-3-T-24 Rotary Encoder India.
Recuperado el 01 de Septiembre de 2015, de www.autonicssupplier.com:
125
http://www.autonicssupplier.com/autonics-e50s8-360-3-t-24-rotary-encoder-
india--2204797.html
Bedòn Páez, R. S., & Sánchez Hidalgo, C. (Abril de 2011). guía teórico-práctico de
laboratorio con maquetas didácticas de motores eléctricos trifásicos para la
unidad academica de ciencias de la ingeniería y aplicadas de la universidad
técnica de cotopaxi. Recuperado el 27 de Octubre de 2014, de universidad
tecnica de cotopaxi, Latacunga Ecuador:
http://repositorio.utc.edu.ec/bitstream/27000/1244/1/T-UTC-0869.pdf
Danfoss S.A. (Junio de 2009). VLT Micro Drive. Recuperado el 11 de Agosto de
2015, de Danfoss S.A.: http://www.danfoss.com/NR/rdonlyres/CC88DC49-
EC9D-409F-8060-
2E47048F43FC/0/Cat%C3%A1logoMicroDriveespanhol.pdf
Doppelbauer, M. (25 de Septiembre de 2014). The invention of the electric motor
1800-1893. Recuperado el 02 de Octubre de 2014, de Karlsruhe Institute
Tecnology: http://www.eti.kit.edu/english/1376.php
Eaton Electrics. (2011). INFORME TECNICO: IT-EE09(11/11) Arranque y control
de motores trifásicos asíncronos. Recuperado el 28 de Octubre de 2014, de
Eaton Industries Barcelona España:
http://repository.upb.edu.co:8080/jspui/bitstream/123456789/483/1/digital_1
7607.pdf
Escuela Técnica Superior de Telecomunicaciones. (N.D.). motor asincrono
trifasico. Recuperado el 2014 de Octubre de 26, de UNIVERSIDAD
POLITÉCNICA DE MADRID ESPAÑA: http://www-
app.etsit.upm.es/departamentos/teat/asignaturas/lab-
ingel/motor%20asincrono%20trifasico.pdf
Ferreyra, A., & Fuentes, R. (N.D.). ESTUDIO COMPARATIVO ENTRE CONTROL
PID Y DIFUSO. Recuperado el 2 de 9 de 2015, de Universidad Autónoma
126
Metropolitana Unidad Azcapotzalco:
http://proton.ucting.udg.mx/somi/memorias/CONTROL/Con-4.pdf
Fitzgerald, A., Kingley, C., & Umans, S. D. (2004). Maquinas Electricas. Mexico
D.F.: Mc Graw Hill/Interamericana editores, S.A.
Fonseca, J., Alonso, J., Martins, J., & Couto, C. (N.D.). EVALUACIÓN DE LA
APLICACIÓN DE TÉCNICAS DE LÓGICA DIFUSA EN EL CONTROL DE
MÁQUINAS ELÉCTRICAS. Recuperado el 06 de Noviembre de 2015, de
Universidad do Minho:
http://repositorium.sdum.uminho.pt/bitstream/1822/1747/1/CIT.pdf
Kouro R., S., & Musalem M., R. (s.f.). Tecnicas modernas en automatica.
Recuperado el 2 de 9 de 2105, de
http://www2.elo.utfsm.cl/~elo377/documentos/Fuzzy.pdf
Landa Delgado, I. E. (Septiembre de 2013). Manual de control para motores
electrícos trifásicos. Recuperado el 25 de Septiembre de 2014, de
Universidad Veracruzana:
http://cdigital.uv.mx/bitstream/123456789/33865/1/landadelgadoivan.pdf
Metwally, M. (06 de Junio de 2013). Sensorless speed of 4-switchs three phases
inverted fed induction motor drives at very low and zero speed. Recuperado
el 07 de Octubre de 2014, de Alexandria engineering Journal Universidad
de Alexandria Menoufiya Egipto:
http://bibliotecadigital.usbcali.edu.co:2075/science/article/pii/S11100168130
00495
Millan Torres, C., & Guzman Bolaños, J. (2014). SISTEMA EMBEBIDO PARA LA
COMUNICACIÓN ENTRE UN PC Y UNA CÁMARA PARA EL CULTIVO DE
ESPECIES VEGETALES CON INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA.
Recuperado el 26 de 05 de 2015, de Universidad de San Buenaventura
Cali:
127
http://bibliotecadigital.usbcali.edu.co/jspui/bitstream/10819/2445/1/Sistema_
Embebido_Comunicacion_Camara_Vegetales_electronica_Millan_2014.pdf
Montes Perez, H. (Diciembre de 2013). control y monitoreo via remota de las
velocidades de un motor de induccion de jaula de ardilla. Recuperado el 04
de Septiembre de 2014, de Universidad Veracruzana:
http://cdigital.uv.mx/bitstream/123456789/35086/1/montesperezhugo.pdf
Prasad, E., & Rumbaugh, T. (Diciembre de 2003). Mas alla de la gran muralla.
Recuperado el 30 de Septiembre de 2014, de
http://www.imf.org/external/pubs/ft/fandd/spa/2003/12/pdf/prasad.pdf
Ramos, L., Ramos, J., Islas, J., & Garcia, M. (02 de Abril de 2013). Identificacion y
Control Wavenet de un Motor de CA. Recuperado el 12 de Octubre de
2014, de Revista Iberoamericana de Automática e Informática industrial 10
(2013) Universidad Autonoma del Estado de Hidalgo, Mexico.:
http://bibliotecadigital.usbcali.edu.co:2075/science/article/pii/S16977912130
00356
Siemens S.A. (N.D.). Selección práctica y puesta en marcha rápida de
Arrancadores Suaves Sirius 3RW44 de Siemens. Recuperado el 29 de
Octubre de 2014, de Siemens y JNB del ecuador:
http://jngdelecuador.com/SITEC%20ENERO%2009.pdf
Silva, F. H. (Diciembre de 2010). control automatico de con motor de corriente
alterna mediante instrumentacion virtual. Recuperado el 04 de Septiembre
de 2014, de Universidad Veracruzana:
http://cdigital.uv.mx/bitstream/123456789/32899/1/silvadelrosario.pdf
Valenzuela, J. (enero de 2013). manual de tipos de controles electricos,
reconocimiento y sus aplicaciones en la industria. Recuperado el 04 de
septiembre de 2014, de Repositiorio digital Escuela Politecnica Nacional:
http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/6069/1/CD-4796.pdf
128
Vallecompras. (N.D). SENSOR EFECTO HALL UGN3503. Recuperado el 01 de
Septiembre de 2015, de www.vallecompras.com:
http://www.vallecompras.com/store/index.php/tienda/circuitos-
integrados/sensores/ugn3503-detail
Vanegas Requena, J. (Mayo de 2009). ENCODERS. Recuperado el 26 de Mayo
de 2015, de http://ramos.elo.utfsm.cl/~elo212/docs/Encoders-jvr-v01.pdf
Vila Mani, M., & Juanpere Tolra, R. (2008). Alineación inicial de un motor PMSM
con encoder incremental mediante sensores de efecto Hall. Ingenia-CAT
SL–Motion control department, Barcelona, España. Recuperado el 26 de 05
de 2015, de http://www.ingeniamc.com/_data/Documentos/5.pdf
Villareal, R., & Villeda, R. (2006). El secreto de china - estrategia de competitividad
(1 ed.). Nautalpan, Mexico: Ediciones Ruz.
West Instruments de México S.A. (N.D.). Manual de Aplicación de Encoders.
Recuperado el 21 de Junio de 2015, de West Instruments de México S.A.:
http://www.westmexico.com.mx/
Zhao, Z., & Whang, X. (2011). Advanced in Control Engineeringand Information
Science. In Z. Zhao, & X. Whang. Jiaozuo China: EL SERVIER. Retrieved
from Science Direct:
http://bibliotecadigital.usbcali.edu.co:2075/science/article/pii/S18777058110
19801#
Zhao, Z., & Whang, X. (2011). Research on Broken rotor bar Fault Diagnosis of
Induction Motor Based on LabVIEW . In Z. Zhao, & X. Whang. Jiaozuo
China: EL SERVIER. Retrieved from Science Direct:
http://bibliotecadigital.usbcali.edu.co:2075/science/article/pii/S18777058110
19801#
129
Zhiping, Y., Quiqin, Y., & Young , Y. (2012). Induction Motor Speed Control Based
on Model Reference. Recuperado el 06 de Octubre de 2014, de Department
of Mechanical and Electrical Engineering, Chongqing College of Electronic
Engineering, Chongqing, China:
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877705812003281#
