ES2210519T3 - Controlador para el control de diversoso dispositivos electricos diferentes. - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENCION SE REFIERE A UN CONTROLADOR PARA EL CONTROL DE VARIOS APARATOS ELECTRICOS. EL CONTROLADOR INCLUYE UN CIRCUITO LOGICO (10) QUE TIENE PUERTOS DE ENTRADA (1, 2, 3, 4, 5, 12, 20, 21, 22) PARA RECIBIR LOS MANDOS DE CONTROL DISEÑADOS PARA UN DISPOSITIVO ELECTRICO (M) Y SEÑALES DE SUPERVISION QUE INFORMAN SOBRE EL ESTADO DE FUNCIONAMIENTO DEL DISPOSITIVO, Y UNOS PUERTOS DE SALIDA (6, 7) PARA IMPULSAR SEÑALES DIRIGIDAS AL DISPOSITIVO ELECTRICO (M), Y SEÑALES DE INFORMACION QUE COMUNICAN EL ESTADO DE FUNCIONAMIENTO DEL DISPOSITIVO, ASI COMO MEDIOS DE CONEXION (K1) PARA CONECTAR UN CONTROL DE ACUERDO CON LAS SEÑALES DE ACCIONAMIENTO AL DISPOSITIVO ELECTRICO (M). SEGUN LA INVENCION, EL CIRCUITO LOGICO (10), QUE ES UN CIRCUITO LOGICO PROGRAMABLE, COMPRENDE DIVERSAS CONEXIONES DE CONTROL LOGICO DEL DISPOSITIVO ELECTRICO (M)/O DE DIVERSOS DISPOSITIVOS ELECTRICOS ALMACENADOS EN DICHO CIRCUITO LOGICO (10). EL CONTROLADOR INCLUYE ADEMAS MEDIOS (11) DE SELECCION PARA USO DE ALGUNAS CONEXIONES DE CONTROL LOGICO ALMACENADAS EN EL CIRCUITO LOGICO (10).

Description

Controlador para el control de diversos dispositivos eléctricos diferentes.

Información previa a la invención

La presente invención trata sobre un arranque de motor eléctrico para arrancar motores girando a la velocidad síncrona.

El arranque de motor eléctrico de la invención es particularmente apropiado para controlar motores eléctricos, pudiendo sustituir en este caso arranques de encendido/apagado que controlan un motor eléctrico. El controlador no sirve, sin embargo, para arrancar motores cuya velocidad de rotación está controlado linealmente, por ejemplo por un invertidor, sino es destinado únicamente a motores que giran a la velocidad síncrona y cuya velocidad, por consiguiente, depende de la frecuencia de la red eléctrica.

Existen diferentes tipos de arranques para motores eléctricos, según la estructura del motor eléctrico controlable y el propósito de su uso, y comprenden un equipo adaptado para proporcionar el arranque del motor eléctrico en cada ocasión como, por ejemplo, un contactor inversor que depende de la potencia/corriente del motor, y un relé térmico. Los diferentes tipos de arranques son, por ejemplo, arranques para motores eléctricos de una sola velocidad, para motores eléctricos de dos velocidades con dos devanados, para motores dahlander, para motores estrella-delta, etc. La existencia de los diferentes modalidades operacionales de motores causa problemas de dimensionamiento e instalación, así como errores en conexión, ya que al empezar el planeamiento no se sabe siempre exactamente qué tipo de motor se va a utilizar, cómo se realiza el control lógico del motor, ni qué piezas/componentes complementarios se necesitan además del motor para que el sistema controlable funcione correctamente. En la instalación, el planeamiento, la preparación y las pruebas de un arranque corriente que comprende piezas discretas (contactores, relés térmicos, temporizadores, interruptores, pulsadores, líneas, etc.) la probabilidad de que se produzcan errores de conexión y de planeamiento aumenta considerablemente en casos más complicados. Normalmente se utilizan componentes controlables por la corriente de la red eléctrica, por ejemplo relés y contactores, y en este caso es necesario utilizar conductores destinados para el voltaje de la red y un modo de instalación apropiado en sus líneas de alimentación y de control.

Por consiguiente, en arranques se utiliza también circuitos lógicos. De ese tipo son, por ejemplo, arranques de U.S. Pat. No 5,206,572 y GB 2,206,432. Estos incluyen soluciones donde la conexión lógica necesaria para el control de un motor se consigue mediante circuitos semiconductores. Cuando se usa dispositivos de ese tipo, hay que planificar la conexión lógica compuesta por componentes discretos o programada separadamente para cada circuito lógico programable, para cada uso y cada motor diferente. Cuando el tipo de motor o el modo de control cambia, hay que cambiar también los componentes discretos o la conexión entre ellos, o elaborar un programa nuevo, almacenando un programa en el caso de circuito lógico programable. Los arranques basados en el uso de circuitos lógicos, que se describen en las referencias citadas, son adaptados para este propósito y es bastante difícil introducir cambios.

Resumen de la invención

El objetivo de esta invención es presentar un arranque eléctrico de acuerdo con la reivindicación 1.

Utilizando el arranque eléctrico de la invención, no es necesario saber de antemano el tipo del motor eléctrico ni el modo de control: se puede seleccionar el funcionamiento o la conexión lógica del arranque después de la instalación mediante un procedimiento práctico muy simple. Cuando el arranque se utiliza como un dispositivo independiente, se puede seleccionar una conexión de arranque almacenado en el circuito lógico mediante un codificador, como por ejemplo codificador HEX, y un decodificador que transmite una señal de selección al circuito lógico para que éste elija la conexión lógica apropiada. Cuando el arranque está controlado por un sistema lógico más amplio, se selecciona una de las conexiones del arranque almacenadas en el circuito lógico por medio de un sistema lógico que controla el arranque, como por ejemplo un controlador lógico programable o un ordenador de uso general.

Breve descripción del dibujo

Abajo se describe el arranque de motor eléctrico más detalladamente con referencia al dibujo adjuntado, en el que la Figura muestra una posible realización de un diagrama lógico esquemático adaptado para ser un arranque de un motor eléctrico de una sola velocidad.

Descripción de realización preferida

La Figura muestra un motor eléctrico M alimentado por una red trifásica que consta de fases L1, L2 y L3. La corriente eléctrica procedente de la red está conectada al motor M, en este caso un motor eléctrico trifásico y de un solo devanado, por vía de un interruptor principal Q1, un contactor inversor K1 controlable por un arranque de motor, y un relé térmico F1. Todos estos componentes son de tres fases. La presente invención se refiere sobre todo al arranque que controla el contactor inversor K1.

Lo importante en el caso de este arranque es que comprende un circuito lógico 10 al que se han preprogramado varias conexiones lógicas de control que permiten controlar varios tipos de motores eléctricos y facilitar diferentes modalidades de uso. Son arranques de este tipo los para motor eléctrico de una velocidad, para motor dahlander, para motor estrella-delta, etc. En estas conexiones lógicas no hace falta tener en cuenta la potencia del motor eléctrico controlable, ya que se utiliza un contactor conectable como el componente de control efectivo del motor eléctrico, y el contactor inversor recibe un control de nivel constante del dicho circuito lógico 10.

En la Figura del dibujo, el circuito lógico programable 10 incluye varios componentes lógicos que generan operaciones lógicas requeridas por el arranque del motor eléctrico de una sola velocidad. Hay que tener en cuenta que esta conexión sirve únicamente como ejemplo ilustrativo, ya que en la práctica es una conexión con la cual se puede hacer los componentes incluidos en el circuito lógico generar una operación lógica de ese tipo. Cada conexión lógica almacenada en el circuito lógico programable 10 genera una operación lógica diferente, por lo menos hasta cierto punto. Por lo consiguiente, los componentes lógicos del ejemplo, incluidos en el circuito lógico 10 no se describen con más detalle, solamente se hace referencia a las entradas y salidas del circuito 10.

En la Figura, el circuito lógico programable 10 comprende varias entradas: 1, 2, 3, 4, 5, 12, 20, 21 y 22. Entre ellas las entradas 1-4 están relacionadas con la unidad de operación manual que está conectada al arranque y que proporciona arranque local y parada local, y selecciona control local o control remoto para entradas 1-4. Cuando se selecciona control remoto, la información de arranque se deriva a la entrada 21 y la información de parada a la entrada 22. La entrada 5 está conectada a través del interruptor controlable por el relé térmico F1 a un optoaislador 13 que le comunica si el relé térmico F1 ha sido disparado.

La entrada 12 está conectada a la unidad 11 para seleccionar la operación lógica que el circuito lógico programable proporciona en cada ocasión. En el caso más simple el circuito de control 11 puede constar de un codificador multinivel, como por ejemplo el codificador HEX, y un decodificador interno que generan una señal de control apropiada para la selección de la operación lógica según la cual el circuito lógico programable funciona en cada ocasión. El codificador HEX no es más que una de las posibles alternativas para proporcionar el código para la selección del programa. En lugar del codificador HEX, capaz de generar 16 códigos diferentes, se pueden usar también varios otros tipos de codificadores como, por ejemplo, codificadores BCD que son programables eléctricamente, para proporcionar la cantidad necesaria de diferentes códigos de selección.

La unidad 11 que elige la modalidad operacional, i.e. la conexión lógica preprogramada, puede ser también un ordenador industrial corriente o un ordenador de uso general como, por ejemplo, un ordenador personal o un controlador lógico programable PLC. Una de las ventajas de los ordenadores corrientes es, debido a su producción en grandes cantidades, el precio ventajoso. Además, el comprador tiene posibilidad de elegir entre los varios proveedores de equipos. En este caso se puede también renovar el equipo a un coste razonable.

La unidad lógica programable 10 comprende salidas 6 y 7. Por la salida 6 se transmite la información de control hasta una bobina 9 que controla el contactor inversor K1. Esta información está transmitida por una línea 8 a través de un optoaislador 14. La misma información está transmitida también a una línea 23 desde la cual puede ser enviada a través de un optoaislador 15 al controlador lógico programable que controla el arranque, o hasta un ordenador de uso general, por ejemplo. Desde la salida 7 se comunica a través de un optoaislador 16 que el motor eléctrico M está funcionando.

Un rasgo original de la conexión presentada en la Figura es que el voltaje de operación para el arranque se genera de las fases L1 y L3 de la línea de alimentación del motor eléctrico M, y los voltajes de operación necesarios, por ejemplo 24 V y 5 V, se generan por una fuente de alimentación, por ejemplo una fuente de alimentación de modo conmutado. La fuente de alimentación está indicada por el número de referencia 17. En la línea de alimentación del motor, ahora después del relé térmico F1, un optoaislador 19 está conectado a las fases L1 y L2 a través de un puente rectificador 18, cuyo optoaislador comunica la existencia del voltaje entre las fases L1 y L2. La información sobre el voltaje entre las fases L1 y L2 está transmitida al circuito lógico programable 10 por vía de la entrada 20. Este avisa si una de las fases L1 o L2 está "muerta". Puesto que la fuente de alimentación fue conectada entre las fases L1 y L3 y la supervisión de la existencia de voltaje entre las fases L1 y L2, el circuito lógico programable 10 sabe si alguna de las fases de alimentación está muerta y en este caso el contactor inversor K1 puede abrirse inmediatamente, si es necesario. Este sistema elimina la posibilidad de que el motor tenga el llamado funcionamiento bifásico que puede causar que el motor deje de funcionar. El sistema asegura que si una de las fases del motor no tiene voltaje, el arranque correspondiente será disparado inmediatamente sin demora, si se desee. El hecho de que no hubiera demora deriva de que el circuito lógico programable 10 se ocupa del arranque del motor y la reunión de la información alarma/control sin que necesite un posible ordenador externo que lo controle, mientras las operaciones de control necesarias se realizan mucho más deprisa que en el caso de que fuera necesario tener en cuenta el tiempo de funcionamiento del programa de control de un ordenador. Con el controlador de la invención es posible proporcionar, mediante la organización apropiada de los datos de control, un acto de control instantáneo en aplicaciones sensibles al tiempo, y sólo hace falta tener en cuenta la demora de entrada y salida del circuito lógico programable.

Utilizando el arranque del motor eléctrico de esta invención, el planeamiento, la instalación y las pruebas de los sistemas de control se vuelven más fáciles y más rápidos. Una de las razones es que el arranque de la invención es idóneo para producción industrial en serie, por lo menos en cuanto se refiere al circuito lógico programable y sus componentes periféricos. El contactor inversor o contactores inversores necesarios y/o otro acoplamiento, pueden ser añadidos al montaje posiblemente a su discreta tarjeta de circuitos por medio de un conector multipolar, por ejemplo. Como posibles sistemas de control, se pueden utilizar ordenadores corrientes de uso general u ordenadores industriales, y en este caso es fácil actualizar el sistema y obtener piezas de recambio. El arranque de motor eléctrico de la invención, si está programado apropiadamente, puede utilizarse en el control de diferentes tipos de motores eléctricos en varios tipos de sistemas, únicamente eligiendo apropiadamente la conexión lógica del arranque con la que el arranque funciona en cada ocasión.

El circuito lógico programable incluido en el arranque de la invención puede ser fácilmente programado para nuevos usos. Se puede realizar la programación utilizando un ordenador de uso general o un sistema específico de programación. El circuito lógico programable puede tener construcciones diferentes. GDS,EEPLD, FPGA, PAL, GAL, PLD, CPLD, EPLD, gate array, macro array, etc., son ejemplos de diferentes tipos de circuitos programables.

Además, la conexión lógica del arranque de motor proporcionada por el controlador de la invención, puede ser seleccionada fácilmente con sólo un codificador HEX, por ejemplo, sin necesidad de reinstalar la unidad de control. Puesto que una parte importante del controlador, i.e. del circuito lógico programable, es programable, cualquier entrada puede ser seleccionada por medio de programación para una operación específica, lo que significa que no hace falta saber cuando el arranque será instalado, en qué tipo de uso funcionará, sino que sin cambios en la instalación, se puede obtener la conexión necesaria solamente por medio de software.

El circuito lógico programable puede ser programado eléctricamente cuando el circuito lógico está en su sitio en el controlador o separadamente, colocando el circuito lógico en una unidad discreta de programación. También se puede realizar la programación por medio de control remoto a través de un módem o un bus de control, por ejemplo. Todo el control del arranque de la invención tiene lugar a un voltaje bajo (<50 V) y no se necesitan cables de corriente, lo que facilita la instalación y también hace que el coste sea más ventajoso. Otra ventaja que ofrece el arranque de la invención es que funciona completamente independientemente cuando es usado individualmente, pero también puede ser controlado por un controlador lógico programable (PLC) o un ordenador de uso general, individualmente o en grupos. Tampoco hace falta determinar de antemano el sistema de control. Como se ha mencionado arriba, la potencia controlable por el controlador de la invención no está limitada. Solamente los contactores, tiristores y otros componentes de ese tipo en la sección de control de potencia se eligen según la potencia deseada.

Claims (8)

1. Arranque para un dispositivo eléctrico, ventajosamente para un motor eléctrico (M) girando a la velocidad dependiente de la frecuencia de la red eléctrica, i.e. a la velocidad síncrona, cuyo arranque comprende un circuito lógico (10) con entradas (1, 2, 3, 4, 5, 12, 20, 21, 22) para la recepción de señales de control para el arranque y las señales de supervisión indicando el estado operativo del dispositivo eléctrico, y salidas (6, 7) para señales de control destinadas al dispositivo eléctrico (M) y señales de información comunicando el estado operativo del dispositivo, y conectores (K1) proporcionando un control según las señales de control, i.e. una conexión lógica, para el dispositivo eléctrico, caracterizado porque el circuito lógico (10) del arranque comprende componentes lógicos dispuestos entre las entradas (1, 2, 3, 4, 5, 12, 20, 21, 22) y las salidas (6, 7) y que incluye varias conexiones lógicas de control preprogramadas para proporcionar una conexión de arranque o de parada para un dispositivo eléctrico que se elige, ventajosamente para un motor eléctrico (M) girando a la velocidad dependiente de la frecuencia de la red eléctrica, i.e. a la velocidad síncrona, y que el arranque además incluye unidad (11) para la selección de una conexión deseada de arranque o de parada para el uso.

2. Arranque de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la unidad de selección (11) comprende un codificador, como por ejemplo un codificador HEX, y un decodificador que proporcionan una señal de selección (12) para el circuito lógico (10) para la selección de una conexión deseada de arranque o de parada el uso.

3. Arranque de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la unidad de selección (11) comprende un sistema lógico que controla el circuito lógico (11), como por ejemplo un controlador lógico programable (PLC) o un ordenador de uso general (PC) para generar una señal de selección (12) para el circuito lógico (10) para la selección de una conexión deseada de arranque o de parada para el uso.

4. Arranque de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque el circuito lógico (10) además comprende un código de identificación individual para cada conexión lógica de arranque o de parada.

5. Arranque de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque el circuito lógico (10) es un circuito lógico cuyos componentes comprenden los componentes AND y OR y componentes optoaisladores.

6. Arranque de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizado porque el circuito lógico (10) que no incluye un microprocesor es un circuito PLD seleccionado de un grupo que incluye GDS, EEPLD, FPGA, PAL, GAL, PLD, CPLD, EPLD, circuito lógico programable, gate array, macro array, etc.

7. Arranque de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizado porque el arranque incluye un relé térmico que sirve de dispositivo para la protección del motor.

8. Arranque de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-7, caracterizado porque para el cierre del contactor (K1) relacionado con el arranque para el uso y para impedir el funcionamiento bifásico del motor, la realimentación del contactor es una realimentación controlada por voltaje y administrada desde detrás del contactor.