Cualquier electricista sabe, que para poner en marcha un motor trifásico de cierta entidad, independientemente de su configuración de arranque (léase estrella-triángulo o arranque directo), se necesita la ayuda de un circuito de maniobra. En la mayoría de los casos, un motor trifásico (y algunos monofásicos) tienen una intensidad de arranque tan elevada, que los contactos de un interruptor, o pulsador, convencional no pueden soportar. Por eso se usan los contactores, ya que los contactos interiores de éstos dispositivos eléctricos, son capaces de soportar bastantes más amperios de los que suelen necesitar los motores eléctricos para ponerse en marcha. El problema viene cuando hay que hacer que el contactor ponga en marcha el motor. Es decir, no queda otra que realizar un circuito de maniobra, que trabaja a 230 voltios en alterna, o 24 voltios en continua, y que es el encargado de excitar a la bobina del contactor para que éste cierre sus contactos de fuerza y así el motor arranque.
Y digo problema porque en muchas ocasiones, realizar un circuito de maniobra puede ser tan complejo, que implica muchas horas de trabajo. Sobre todo si en el montaje hay que cablear tres o más contactores, sin mencionar que en muchos cableados eléctricos de maniobra, aparte del uso de los contactores, hay que usar relés, temporizadores a la conexión, o desconexión o contactos auxiliares acoplados a los contactores, para poder llevar a cabo el montaje del circuito que se necesite en cada caso. En definitiva, eso hace que dichos montajes eléctricos se encarezcan bastante.
Para solucionar los problemas del encarecimiento y el tiempo de trabajo que lleva realizar un circuito de maniobra de cierta entidad, existen unos dispositivos eléctricos llamados microautómatas programables, que aparte de abaratar la realización de un cableado de maniobra, nos ahorra el uso de relés temporizados y otros dispositivos eléctricos típicos en éstos montajes. En la imagen de la derecha, se puede apreciar un ejemplo clásico del cableado de un circuito de maniobra con tres contactores y sus contactos auxiliares. En la foto, también se puede observar la multitud de cables que se necesitan para llevar a cabo dicho cableado, y eso que el montaje de la foto no es un montaje excesivamente complejo como tampoco es un montaje real. Es una práctica de taller de electricidad que controlaría, en el mundo real, tres motores que moverían sendas cintas transportadoras.
El uso de un microautómata, soluciona el batiburrillo de cables que algunos cuadros de maniobra presentan, ya que todo ese cableado no es necesario hacerlo porque usando un microautómata tan solo se cablean las entradas, las salidas, la alimentación de éste y las bobinas de los contactores, así como el cableado de los contactos trifásicos del contactor. El resto del cableado no se hace, porque no es necesario hacerlo. Pero ¿Cómo es posible qué un solo dispositivo como un microautómata, sea capaz de sustituir a todos esos cables de la imagen?
Para ilustrar el uso de un microautómata, voy a explicar cómo realizar el mismo montaje de la imagen de arriba, que controlaría a esos tres motores que mueven sendos ventiladores, que son los encargados de renovar el aire de un hipotético túnel. Las condiciones de funcionamiento, para evitar sobrecargas en la línea eléctrica trifásica, es que los motores no se podrán poner en marcha todos a la vez, es decir, para poner en marcha el sistema de ventilación, habrá que conectar primero el motor nº 1, después el nº 2 y por último el nº 3. Pero hasta que no se ponga en marcha el motor nº 1, no se podrán poner en marcha los motores 2 y 3. Dicho de otro modo, el arranque de los tres motores debe ser secuencial y condicionado, y lo mismo para desconectarlos. No se podrá parar el motor 2 si antes no se ha parado el motor 3. De la misma manera, no se podrá parar el motor 1, si antes no se ha parado el motor 2.
En la lógica cableada (lo que muestra la foto de arriba) se necesitarán, aparte de los tres contactores, otros tres contactos auxiliares, temporizadores a la conexión y desconexión y la realización de un cableado eléctrico similar al de la foto. Sin embargo, si se usa un microautómata, solo será necesario usar tres contactores sin la necesidad de emplear los contactos auxiliares, ni los temporizadores a la conexión o desconexión, por lo que el cableado de la maniobra se simplificará notablemente, reduciéndose la posibilidad de cometer algún error, a la vez que estaremos ahorrando dinero. Para éste montaje el autómata que he elegido es el microautómata LOGO de Siemens, aunque en el mercado hay muchos más. Lo bueno de éstos aparatos, es que son muy versátiles, y usando un solo autómata se puede llevar a cabo el montaje, sin necesidad de añadir ningún dispositivo más. Y en contra de lo que pudiera parecer, los microautómatas, aparte de poder controlar motores o algunos procesos industriales, son perfectamente aptos para el control en la vivienda, de elementos como la iluminación interior o exterior, el control de apertura y cierre de puertas o persianas, o el control del riego entre otras aplicaciones. Por lo que un solo microautómata, dependiendo de su programación, será capaz de controlar distintos dispositivos eléctricos.
EL MONTAJE EN LÓGICA CABLEADA
El esquema de maniobra que se ve en la imagen que está debajo de éste texto, muestra como podría ser un cableado convencional para el control de tres motores que mueven tres turbinas para la ventilación de un túnel.
En dicho esquema, se ven tres contactores (KM1, KM2, y KM3), sus correspondientes contactos de bobina (A1 y A2) y sus correspondientes contactos abiertos y cerrados, así como los contactos auxiliares de los tres contactores. Los contactos que cada uno de los contactores traen de fabrica, son los numerados como 13-14 y 21-22. Los otros contactos numerados, pertenecen a los contactos auxiliares. Para comprenderlo mejor, ver la foto de la derecha. Esa foto muestra el frente de un contactor normal y corriente, para el arranque de motores trifásicos. En la foto se pueden observar los diferentes contactos que éste trae. Los contactos marcados como L1, L2 y L3 (en la parte superior) y T1, T2 y T3 (en la parte inferior), son los que se usan para conectar el motor directamente a la línea trifásica. Los contactos “L” son las entradas de las tres fases, mientras que los contactos “T” son los que se usan para conectar las fases al motor.
Los contactos marcados como A1 y A2, a la derecha de la imagen, son los de la bobina del contactor, es decir, la alimentación de éste. Los contactos marcados como 13 y 14 son contactos normalmente abiertos, y cuya nomenclatura es “NO”, (Normally Open en inglés). Por último, los contactos marcados con los números 22 y 21 son contactos normalmente cerrados, y cuya nomenclatura es “NC” (Normally Closed en inglés). En la foto del contactor (la de arriba), se puede observar, en el centro, una zona de color azul más clara. Es en esa zona donde se acopla el contacto auxiliar, para duplicar la capacidad de contactos en el contactor, y cuyo aspecto, dependiendo del modelo de contactor, es el que muestra la foto de abajo a la izquierda. En esa foto se puede ver como el contactor auxiliar tiene cuatro contactos, dos abiertos marcados como 53-54 y 83-84, y dos cerrados marcados como 61-62 y 71-72. Pues bien, para realizar el montaje descrito anteriormente, habrá que usar tres contactores principales y tres contactores auxiliares.
Si nos fijamos en el esquema de maniobra anterior, vemos que para cumplir con las condiciones de funcionamiento descritas, tenemos un contacto abierto de KM1, (53-54) conectado en serie con el pulsador de marcha de KM2. Eso quiere decir que hasta que KM1 no se ponga en marcha, KM2 no podrá conectarse. Y lo mismo en KM3, solo que el contacto abierto en serie con su pulsador de marcha, pertenece a KM2, (53-54) por lo que hasta que KM2 no esté funcionando, KM3 no podrá ponerse en marcha.
Para detener el funcionamiento de los motores, ocurre algo parecido. El botón de paro de KM2 está puesto en paralelo con un contacto normalmente abierto de KM3 (83-84). Eso significa que mientras KM3 esté funcionando, dicho contacto estará cerrado, por lo que por mucho que se pulse el botón de paro de KM2, el motor que controla no se parará, y lo mismo en KM1. Para detener la ventilación del túnel, habrá que parar primero el motor de KM3, después el motor de KM2 y por último el motor de KM1. Es decir, justo al revés de cómo se pone en marcha. Evidentemente, realizar éste tipo de cableado lleva tiempo y hay que prestar mucha atención al esquema eléctrico, ya que cualquier error de conexión implica que, en el mejor de los casos el circuito de mando no funcionará, aunque se pulse el correspondiente pulsador de marcha, y en el peor saltará el automático por un cortocircuito. Y eso no se podrá saber hasta que se pruebe el circuito metiéndole corriente.
EL MONTAJE EN LÓGICA DIGITAL
Los montajes en lógica digital, son los que se usan cuando se emplea un autómata programable. En éstos dispositivos, lo que se hace es crear un programa digital, con la ayuda de un software específico. Es por eso que al usar un autómata, solo se cableen las entradas y salidas de éste, que es lo que distingue a un autómata del resto de dispositivos de control. El autómata LOGO no es una excepción, la única diferencia con los demás microautómatas, radica en el software que se use para realizar el programa de control, que es, a fin de cuentas, el que sustituye a todo el cableado. Exceptuando a los contactos trifásicos del contactor y a los de la bobina, es el programa el que sustituye a los contactos abiertos y cerrados del contactor y del contactor auxiliar. Y es ese programa el que se encarga de activar y desactivar, a cada uno de los contactores de forma secuencial, y sin necesidad de crear un circuito de realimentación a las bobinas de cada contactor.
Cuando se realiza este montaje con el autómata LOGO, solo se emplearán los tres contactores (sin los contactos auxiliares, puesto que no se necesitan) y solo tres pulsadores. En el esquema convencional, son necesarios seis pulsadores, tres para el encendido de los tres motores y otros tres pulsadores para su apagado. Usando el autómata, con tres pulsadores es suficiente para encender y apagar los motores, aunque dependiendo del programa de control que se haga, bastaría un solo pulsador para encender y apagar los motores de manera igual a usar los tres pulsadores mencionados. Sería el autómata el que se encargaría de ir activando secuencialmente a los tres motores, tanto en el arranque como en la parada. Pero antes de seguir adelante, vamos a ver una somera descripción de éste microautómata.
Si nos fijamos en la imagen, en la parte superior, veremos que LOGO tiene, a la izquierda, la alimentación con fase y neutro, a continuación se pueden distinguir 8 entradas digitales marcadas desde la I1 hasta la I8. A esas entradas se pueden conectar dispositivos eléctricos tales como pulsadores, interruptores, detectores de presencia, barreras de infrarrojos, detectores de rotura de cristales y en general cualquier dispositivo que permita enviar un pulso eléctrico a cada entrada del microautómata, con una intensidad superior a 0,08 mA (miliamperios) en 230, o en 24 voltios. En la misma imagen, en la parte inferior, se pueden observar cuatro salidas digitales marcadas desde Q1 a Q4. En esas salidas se puede conectar cualquier dispositivo eléctrico cuya intensidad no supere los 10 amperios, en el caso de que el autómata sea para su conexión a 230 voltios en alterna. O una intensidad de 5 amperios en el caso de una alimentación a 24 voltios en continua. Esa es la razón de porque no se puede prescindir de los contactores para realizar un montaje eléctrico de éstas características, aunque se use un microautómata, o un PLC industrial. La mayoría de los motores eléctricos trifásicos y monofásicos de cierta entidad, superan ampliamente esos 10 amperios.
Un programa digital básico para realizar el control de los tres motores, en los términos propuestos, podría ser como el que se puede ver en la siguiente imagen:
La imagen muestra varios elementos que forman parte de un programa digital de control, y que merece la pena pararse un poco sobre ellos. Lo primero que se observa, en la parte izquierda, son las entradas, marcadas como I1, I2 e I3. Y en la parte derecha las salidas, marcadas como Q1, Q2 y Q3. Entre las entradas y las salidas está el programa de control. Dentro de ese programa de control, los bloques de función marcados como B006 y B007 son puertas digitales que se conocen como Puertas AND. Esas puertas se comportan como si se trataran de contactos en serie. La puerta AND tiene cuatro entradas y una salida, y la salida solo cambiará al estado 1 (conectada) si todas las entradas cambian al estado 1 (conectadas). Si una de las entradas no se usa en el programa, automáticamente toma el estado 1. Si se observan detenidamente ambas puertas AND, el contacto de entrada inferior tiene un punto negro, ese punto negro indica que ese contacto de entrada está negado, es decir, que el contacto funciona al revés de cómo lo harían las entradas de la puerta en condiciones normales. Eso significa que en el momento en que ese contacto negado reciba corriente, la otra entrada de la puerta no podrá activar la salida de dicha puerta. Es lo mismo que ocurre en el esquema de maniobra tradicional, al impedir que el motor 2 entre en funcionamiento, mientras el motor 1 no lo haga primero.
Los bloques marcados como B001, B002 y B003, son los encargados de activar las bobinas de los tres contactores, para poner en marcha los motores. Esos tres bloques de función tienen tres entradas y una salida. La entrada superior se llama “Trg” (Trigger o disparador) y es la encargada de activar y desactivar la salida del bloque. A cada cambio de estado de la entrada Trg, se activa o desactiva la salida del bloque. Es decir, que con ésta función del autómata, nos evitamos tener que hacer una realimentación de la bobina, como haríamos en el caso del montaje convencional. Las otras dos entradas son: La del medio se llama “S” y cuando recibe un pulso de corriente, pone a 1 la salida del bloque. Y la entrada que está debajo, se llama “R” (Reset), y cuando recibe un pulso, pone a cero la salida del bloque. Los bloques marcados como B004 y B005 son puertas lógicas llamadas NOT. Esas puertas tienen una entrada y una salida estando la salida negada, de forma que cuando la entrada toma el valor 1, la salida toma el valor cero. Pero cuando la entrada toma el valor cero, la salida toma el valor 1. Con esas dos puertas, cumplimos con la condición que dice que mientras el motor 1 esté apagado, no se podrá encender el motor 2 y lo mismo para el motor 3.
Combinando un microautómata programable con diversos dispositivos como un sensor de movimiento, un interruptor crepuscular o una barrera óptica entre otros, pueden controlarse desde la iluminación hasta los controles de acceso, tanto peatonales como de vehículos. En el caso del LOGO, y gracias a su completa biblioteca de funciones, un solo microautómata programable puede sustituir a muchos dispositivos eléctricos, como es el caso de los programadores horarios, tanto diarios y semanales, como anuales. También se pueden sustituir los interruptores y conmutadores, por simples pulsadores convencionales, y al ser éstos últimos más económicos que los primeros, el ahorro de dinero en mecanismos eléctricos, y el ahorro de tiempo en el momento de hacer la instalación, puede llegar a ser, en ambos casos, bastante considerable. En definitiva, si se usa un microautómata como el LOGO en una instalación eléctrica, podemos llegar a ahorrar bastante dinero, y sin olvidarnos de la comodidad de tener circuitos automatizados que nos pueden hacer la vida más cómoda.
CONCLUSIONES
No hay que pensar que el uso de un microautómata haya que relegarlo al ámbito industrial, ya que los microautómatas en general, y el LOGO en particular, pueden usarse en las viviendas para controlar gran cantidad de circuitos, como por ejemplo la iluminación, el control de estóres, persianas y cortinas, control de riego e iluminación de jardines, tanto privados como comunitarios, usando un único dispositivo. También podrá integrarse en una instalación domótica entre otras muchas aplicaciones, o formar parte del control de edificios, como puede ser el alumbrado de las escaleras, de las zonas de paso, o el control de circuitos en el ámbito comercial como tiendas, grandes almacenes o centros comerciales.Combinando un microautómata programable con diversos dispositivos como un sensor de movimiento, un interruptor crepuscular o una barrera óptica entre otros, pueden controlarse desde la iluminación hasta los controles de acceso, tanto peatonales como de vehículos. En el caso del LOGO, y gracias a su completa biblioteca de funciones, un solo microautómata programable puede sustituir a muchos dispositivos eléctricos, como es el caso de los programadores horarios, tanto diarios y semanales, como anuales. También se pueden sustituir los interruptores y conmutadores, por simples pulsadores convencionales, y al ser éstos últimos más económicos que los primeros, el ahorro de dinero en mecanismos eléctricos, y el ahorro de tiempo en el momento de hacer la instalación, puede llegar a ser, en ambos casos, bastante considerable. En definitiva, si se usa un microautómata como el LOGO en una instalación eléctrica, podemos llegar a ahorrar bastante dinero, y sin olvidarnos de la comodidad de tener circuitos automatizados que nos pueden hacer la vida más cómoda.
Ángel Tejedor
Técnico en Automatización
