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UNIVERSIDAD DE MAGALLANES
FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA DE EJECUCIÓN ELÉCTRICA
PUNTA ARENAS
Actualización e implementación de sistema de control digital de
carga y velocidad 2301D en grupo -generador Waukesha
VHP 9500GSI.
Alumno:
Christian Pérez Oyarzún
2010
UNIVERSIDAD DE MAGALLANES
FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA DE EJECUCIÓN ELÉCTRICA
PUNTA ARENAS
Actualización e implementación de sistema de control digital de
carga y velocidad 2301D en grupo -generador Waukesha
VHP 9500GSI.
“Trabajo de titulación presentado en
conformidad a los requisitos para
obtener el título de Ingeniero de
Ejecución Eléctrica”
Profesor Guía: Jorge Naguelquin D.
Christian Pérez Oyarzún
2010
ii
AGRADECIMIENTOS
Agradezco en forma especial a mi esposa Jasna e hijos Diego y Bastian, quienes estuvieron
siempre a mi lado apoyándome y siendo mi fuente de motivación, y este logro no hubiera
sido posible gracias a la ayuda y comprensión de mi esposa.
A mis padres, hermanos y familia, que con su apoyo y consejos pude avanzar en este
camino.
Agradecer también a mis compañeros de trabajo de central Tres Puentes que de alguna u
otra manera me apoyaron en el transcurso de la carrera.
Gracias
Christian
iii
RESUMEN
Este trabajo presenta la implementación y actualización del sistema de control de carga y
velocidad en el motor Waukesha 9500 GSI en la ciudad de Puerto Natales.
En el comienzo se darán a conocer conceptos y funcionamiento del sistema actual de
control electrónico llamado 2301 A de Woodward. Lo que refiere a su conexionado y
calibración.
Posteriormente conocer el controlador a instalar; el 2301D con sus características,
instalación y calibración. El uso del software y el ingreso de parámetros para una eficiente
operación del grupo-generador.
También se presentaran otros controladores dando a conocer sus características.
iv
ÍNDICE GENERAL
1.Capítulo I.Introducción…………………………….……………………………….……11
1.1ntroduccion…………………………………….………………..………………12
1.2 Objetivos……………………………….……………...…………………….….13
1.2.1 Objetivo general…..…………………....………………....…….…..13
1.2.2 Objetivos específico…………………....…………………......…….13
1.3.
Sistema de generación en Puerto Natales…...………………………….…....14
1.4.
Unidad Waukesha……..…………….…………………………………...…..15
2. Capítulo II Componentes………………………………………….……………………17
2.1 Actuador……………..…………………………...……..…………………….18
2.2 Funcionamiento………………………………...…………..……………........18
2.3 Sensor de velocidad…………………………...……………..………………..20
3. Capitulo III Conceptos………………………………………………...……………......22
3.1 Sensado de carga…………………………………………....……………...…22
3.2 Sensado de tensión……………………………………...……..……………...23
3.3 Ajuste de potenciómetro de sensado de carga………...………...…………….23
3.4 Puente de carga balanceado…………...…………………………..….…….....23
3.4.1 Isócrono………...………………………………………....……....23
3.4.2 Droop……………...…………………………………………........24
3.5 Repartición de carga……...………………………………………………........25
4. Capítulo IV Controlador 2301A…….………….………………………………………..29
4.1.1 Controlador 2301A………………………………………………...……..….30
4.1.2 Aplicaciones…………………………………………………………………32
4.1.3 Actuador……………………………………………………………………..32
4.1.4 Conexiones del transformador de tensión……………...…………………....33
4.1.5 Conexiones del transformador de corriente……………………………...…..33
4.1.6 Contacto de caída (droop) e isócrono………………………………..……....33
4.1.7 Alimentación de tensión……..………………………………………….…...34
4.1.8 Contacto de combustible mínimo……..……………………………..............34
4.1.9 Supresor del impulso de velocidad en caso de falla…….……………….…34
v
4.1.10 Salida al actuador…………………………………………………………..35
4.1.11 Contacto de aceleración……………….………………………………...….35
4.1.12 Ajuste externo de velocidad………………………………………………..35
4.1.13 Sincronizador (SPM) de paralelismo de velocidad y fase…………...……..36
4.1.14 Sensor de velocidad………………….………………………………...……36
4.2 Descripción del funcionamiento……………………………………………..…36
4.2.1.1 Velocidad……………………………………………………………36
4.2.1.2 Reparto de carga……………………………………………..…..….36
4.2.2 Control de velocidad…………..………………………………………….....36
4.2.3 Potenciómetros………………………………………………………….…...38
4.2.4 Terminales para dispositivos exteriores……………………………...............39
4.2.5 Puesta en paralelo…………………………………………………………….40
5. Capítulo V Controlador 2301D………………………………………..………………..42
5.1 Controlador 2301D…..…………………………………………………….…..43
5.2 Instalación…………...…………………………………………………….…..45
5.2.1 Introducción………………..……………………………………...…45
5.2.2 Requerimientos de energización del controlador………...……….…45
5.2.3 Consideraciones para instalación física……………………...……....45
5.2.4 Conexiones eléctricas………..…………………………………..….46
5.2.5 Mallas y tierras de protección.………………………………………46
5.2.6 Rango de ingreso de velocidad..………………………………...…..46
5.2.7 Precauciones……………………...…………………………………46
5.2.8 Potencia real de carga……………..…………………………………47
5.2.9 Líneas de repartición de carga…….……………………………..…..47
5.2.10 Energización del controlador…………………………………..…...48
5.2.11 Entradas discretas……………………………………………….….48
5.2.12 Contacto funcionamiento normal o mín. combustible……..............50
5.2.13 Entradas digitales B,C,D……………………………………...……50
5.2.14 Falla control de velocidad…………………………………….…....50
5.2.15 Reset…………………………………………………………..........51
5.2.16 Selección segunda dinámica…………………………………..........51
5.2.17 Detención (shutdown) externo………………………………......….51
5.2.18 Velocidad nominal………………………………………………….51
5.2.19 Contacto auxiliar……………………………………………….…..51
vi
5.2.20 Incrementar velocidad/carga…………………………………....…..52
5.2.21 Reducción de velocidad……………………………………….……52
5.2.22 Carga en el generador………………………………………………52
5.2.23 Sistema en base carga…………………………………………..…..53
5.2.24 Salida actuador…………………………………………………......53
5.2.25 Entradas análogas……………………………………………...…...53
5.2.26 Entrada análoga #1……………………………………………........54
5.2.27 Entrada análoga #2……………………………………………........54
5.2.28 Sensor de velocidad…………………………………………….......55
5.2.29 Salida discreta……………………………………………….……...55
5.2.30 Salida análoga #1……………………………………………..…….56
5.2.31 Puerto de comunicación………………………………………...…..56
6. Capítulo VI Descripción y operación……..………………………………..………..….58
6.1 Descripción de operación…………………………………………………...…59
6.1.1 Introducción
……………………………………………………....59
6.1.2 Velocidad…………………………………………………………….59
6.1.3 Control de carga………………………………………………….…..59
6.1.4 Control de velocidad…………………………………………………59
6.1.5 Control dinámico…………………………………………………….60
6.1.6 Función mínimo combustible…………………………………….….61
6.1.7 Función máximo combustible………………………………………61
6.1.8 Función limite en la partida……………………………………..…..62
6.1.9 Limitador de torque…………………………………………………62
6.1.10 Limitador de presión de aire en manifold………………………..….63
6.1.11 Referencia de velocidad/carga……………………………………....64
6.1.12 Polarización de velocidad y sincronizador……………………….....64
6.1.13 Sistema de carga suave……………………………………………...64
7. Capítulo VII Comunicación………....…..………………………………………………65
7.1 Comunicación controlador/pc……………………………………………....…66
7.2 Introducción………………………………………………………….……...…66
7.3 Interface Servlink/pc watch window………………………………………......66
7.3.1 Paso 1…………………………………………………………..…….66
7.3.2 Paso 2…………………………………………………………..….…67
vii
7.3.3 Paso 3……………………………………………………………….67
7.3.4 Paso 4…………………………………………………………….…68
7.3.5 Paso 5…………………………………………………………….…68
8. Capítulo VIII Configuración……….…..………………..……………………………..69
8.1 Configuración de set-point…………..………………………………………..70
8.1.1 Introducción………………..………………………………………..70
8.1.2 Configuración motor y velocidad………………………...………….71
8.1.3 Configuración control de velocidad……..………………………..…71
8.1.4 Configuración control de carga…………………………………...…72
8.1.5 Configuración de entradas y salidas discretas……………………….72
8.1.6 Configuración de dinámicas de velocidad…………………….…......73
8.1.7 Configuración de límites de combustible…………………………....74
8.1.8 Configuración de dinámicas #1 y #2…………………………….......74
8.1.9 Configuración de entradas análogas………………………………....76
8.1.10 Configuración de salidas análogas y digitales………………….......76
8.1.11 Opción manual de salidas análogas y discretas…………………….77
8.1.12 Grafica on-line de respuestas………………………..……………...78
8.1.13 Grafica on-line de carga y frecuencia………………..……………..78
9. Capítulo IX Reemplazo de controladores…………………………………………...….79
9.1 Reemplazo de cableado 2301D y 2301A……………………..……………….80
9.1.1 Introducción…………………………………………..……………...80
9.1.2 Resumen de las diferencias del 2301A al 2301D……………….......80
9.1.3 Conversión de potenciómetros…………………………………..…..83
9.1.3.1 Conversión de ganancia…………….…………………..….83
9.1.3.2 Conversión de reset……………………….……………..…84
9.1.3.3 Conversión de compensación de actuador…..……...……..84
10. Capítulo X Otros sistemas……..…….…………..………………………….………....85
10.1.1 Otros sistemas de control…………………………………………...…........86
10.1.2 Introducción…………………………………………………………....…...86
10.1.3 Einzmann………………………………….………………………………..87
11. Conclusiones……………….…………………………………………………………..90
12. Bibliografía…….……………………………………………………………………….91
viii
ÍNDICE DE FIGURAS
Unidad Waukesha #3 Puerto Natales………………………………………………………16
Gobernador o actuador EG-6P……………………………………………………………..18
Balance de velocidad………………………………………………………………….……19
Varillaje actuador-carburador………………………………………………………….…..19
Carburador y varillaje……………………………………………………………………...20
Pickup magnético…………………………………………………………………………..20
Flujo magnético con la posición del diente………………………………………………...21
Flujo magnético sin la posición del diente…………………………………………………21
Distancias y tolerancias de la ubicación del pickup………………………………………..22
Señales según dentado del volante de inercia……………………………………………...23
Cables de poder y transformadores de corriente…………………………………………...25
Sensado y carga del generador……………………………………………………………..26
Sistema isócrono…………………………………………………………………………...27
Sistema droop………………………………………………………………………………27
Conexionado entre controladores de grupos-generadores en paralelo………………….....28
Controlador 2301A……………………………………………………………...………….31
Conexionado controlador 2301A…………………………………………………………..31
Conmutador selector de velocidad…………………………………………………...…….32
Contacto de caída (droop) de velocidad y contacto auxiliar del interruptor de poder…..…34
Cableado potenciómetro…………………………………………………………………....35
Sistema de control de velocidad……………………………………………………………37
Ajuste del control de velocidad…………………………………………………………….38
Conexiones a terminales…………………………………………………………………....39
Sistema de puesta en paralelo……………………………………………………………....40
Ajuste para una puesta en paralelo………………………………………………………....41
Panel frontal 2301D………………………………………………………………………..43
Cableado terminales………………………………………………………………………..44
Cableado entradas discretas con fuente de poder interno……………………………….....44
Cableado entradas discretas con fuente de poder externo…………………………..……...45
Configuración interna 24Vdc del controlador 2301 D para entradas discretas………....…49
Configuración externa 24Vdc del controlador 2301D para entradas discretas………....…49
Contactos droop y auxiliar del interruptor de poder…………………………………….…52
Pines asignados para el cable de comunicación serial RS232-422. …………………….…56
Sistema de control de velocidad……………………………………………………………60
Función límite en la partida………………………………………………………………...62
ix
Función limitadora de torque………………………………………………………………63
Función límite de MAP…………………………………………………………………….63
Página de inicio de Servlink………………………………………………………………..66
Selección de parámetros de comunicación……………………………………………...….67
Búsqueda de comunicación…………………………………………………………….…..67
Comunicación no establecida…………………………………………………………..…..68
Pantalla comunicación establecida……………………………………………………...….68
Pantalla inicio………………………………………………………………………………70
Configuración de instrumentos…………………………………………………………….70
Configuración de motor……………………………………………………………………71
Configuración de control de velocidad ……………………………………………………71
Configuración de control de carga…………………………………………………………72
Configuración de entradas y salidas discretas…………………………………………..…72
Configuración de dinámicas de velocidad…………………………………………………73
Configuración de límites combustible……………………………………………………..74
Configuración dinámica…………………………………………………………………....74
Curva no lineal de la respuesta del actuador…………………………………………….....75
Respuesta del actuador……………………………………………………………………..75
Entradas análogas…………………………………………………………………………..76
Salidas análogas y discretas………………………………………………………………..76
Habilitación de salidas……………………………………………………………………..77
Curvas de respuestas……………………………………………………………………….78
Curvas de respuestas……………………………………………………………………….78
Diferencias entre controladores…………………………………………………………….80
Conexionado desde 2301A al controlador 2301 D…………………………………….….82
Conversión de ganancia……………………………………………………………………83
Conversión de reset……………………………………………………………………...…83
Conversión de compensación de actuador………………………………………………....84
Pruebas del controlador 2301D…………………………………………………………….85
Sistema de control Einzmann……………………………………………………………....86
Sistema de control Artenis…………………………………………………………….…...87
Sistema de control Kronos………………………………………………………………....88
Sistema de control de carga Theseus………………………………………………………89
TABLAS
Unidades en central Puerto Natales…………………………………………………...…...14
Relés de protección…………………………………………………………………...…...16
x
CAPÍTULO I
Introducción
CAPÍTULO I : INTRODUCCIÓN
1.1 INTRODUCCIÓN
La necesidad de contar con un sistema eléctrico de servicio continuo, de calidad y
confiable, hace que las máquinas que deben permanecer en giro permanente, sean
sometidas a cambios intermitentes de carga , partidas y detenciones inesperadas en el
servicio continuo. Todo esto lleva a modificar o implementar sistemas de control que den
respuesta y confianza inmediata en el funcionamiento del grupo-generador.
El control actual del grupo-generador 2301 A de Woodward no da respuesta a las
necesidades para el sistema, que por disposición de las actuales reglamentaciones en el
servicio eléctrico (calidad de servicio; frecuencia, tensión, tiempos de falla) no satisfacen
el desempeño en las unidades generadoras, ya que el tipo de controlador no cumple las
expectativas esperadas en tiempo de respuesta y permanencia de la calibración para su
posterior puesta en servicio. Este sistema de control para su calibración es necesario un
equipamiento adicional en donde el tiempo y análisis posterior hacen que sea poco práctico
y lento en los ajustes a implementar.
Dentro de la necesidad de actualizarse e incorporar nuevos sistemas se proyecta este
controlador como cambio primordial en el control de la máquina y posteriormente en otras
unidades.
Se adopta el sistema de control 2301D de Woodward ,que por pertenecer al mismo
fabricante , da la opción de incorporarlo de la forma menos invasiva y practica en el grupogenerador .Es de características digitales que controla en base a dispositivos instalados en
la máquina y parámetros eléctricos introducidos por el técnico de mantenimiento, mediante
el software “control view 2301D”, donde las variables son controladas y observadas
gráficamente, como por ejemplo : la rampa de arranque que se visualizará, la curva de
respuesta de la máquina por las oscilaciones en el sistema, como así también los tiempos de
respuestas dependiendo de la carga, el control de carga y velocidad por medio de pulsos,
control de salidas discretas y análogas, limitación de combustible en el arranque, funciones
de sistema modo droop, modo isócrono, paralelismo con otras unidades, por nombrar
algunas. Estos parámetros como otros, se podrán controlar y calibrar on line, o sea, la
respuesta es inmediata y los resultados se podrán observar y analizar al instante ocurrido el
o los eventos, disminuyendo los tiempos y manteniendo el servicio eléctrico permanente.
12
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 Objetivo general.
Actualizar e implementar el sistema de control de carga eléctrica y velocidad 2301D
en grupo-generador Waukesha 9500 GSI de la ciudad de Puerto Natales.
1.2.2 Objetivos específicos.
•
Situación actual con el controlador 2301 A.
•
Conocer los componentes que involucran el controlador 2301 A.
•
Comprender los principios de funcionamiento de los componentes del controlador
2301D.
•
Configurar y programar el controlador 2301D.
•
Conocer otros controladores.
13
1.3. Sistema actual de generación en Puerto Natales
La ciudad de Puerto Natales cuenta con una población de 19.000
habitantes, y una
demanda de 3.870 kW en verano y de 4.880 kW en invierno.
Posee una potencia instalada de 8.770 kW, con las siguientes unidades:
Unidad Marca Cantidad potencia kW Motor a gas año fabricación Waukesha 1 1.175 2001 Motor a gas Waukesha 1 1.175 2005 Motor a gas Jenbacher 1 1.420 2007 Turbina a gas Solar 2 1.600 1977 Motor diesel Caterpillar 1 1.500 1997 Motor diesel F.Morse 1 300 1942 Tabla N°1.1 Unidades en Central Puerto Natales
El motor a gas Waukesha 9500 GSI del año de fabricación 2001, es una unidad que se
encuentra como base para la demanda diaria del sistema eléctrico, la cual será el grupogenerador a intervenir para el cambio de controlador de carga y velocidad.
Su sistema de control de carga y velocidad es el 2301 A de marca Woodward, es un
control electrónico que sus parámetros de ajuste se efectúan por medio de potenciómetros,
en donde los cambios en la calibración se hacen necesarios equipos externos para
determinar las dimensiones o alteraciones que se puedan obtener después de una serie de
ajustes o modificaciones que sean necesarias para el mejor desempeño de la unidad.
14
1.4. Unidad Waukesha
Es un motor generador de 16 cilindros en V con turbo cargadores e intercooler de una carga
continua de 1.175 kW, 257A, y 1000rpm.
El sistema de protecciones del motor: de temperatura de agua refrigerante, presión de
aceite lubricante, temperatura aceite, presión de gas combustible, revoluciones del motor,
niveles de estanques de agua y aceite, sistema de vibraciones, es por medio de switch de
contactos normalmente abierto o normalmente cerrado, en donde las señales llegan a un
tablero de control principal ubicado en la sala de operaciones de la central de Puerto
Natales. Siendo controlados por medio de relés magnéticos que permiten el funcionamiento
normal del motor.
Posee dos manifold de admisión, denominados R y L respectivamente que llevan la mezcla
aire-combustible a cada cilindro controlado por dos carburadores de aspiración.
El sistema de combustible es suministrado por una batería de gas que alimenta el gas
natural a ambos carburadores regulados por válvulas controladas por motores paso a paso
desde un módulo llamado AFM (air-fuel module). Que dependiendo de las variables del
motor este módulo le enviará una señal de tensión a los motores paso a paso, dejando así
pasar más o menos combustible.
El sistema de ignición es por medio de bobinas individuales por cada cilindro, controlados
por el
módulo electrónico, en donde el punto de ignición es adelantado o atrasado
dependiendo de las detonaciones que se produzcan dentro de cada cilindro, controlando la
chispa de las bujías individualmente.
Este controlador de ignición se encuentra conectado a un módulo de detonaciones (DSM)
con un filtro que discrimina los ruidos ajenos de las detonaciones que se produzcan.
El control de paso de combustible se realiza por medio de un actuador hidromecánico el
cual recibe la señal del controlador 2301 A y permite incrementar o disminuir el paso de
combustible a los correspondientes manifold de admisión.
Las señales de giro del grupo-generador es por medio de sensores tipo pick-up magnético,
conectados en la carcasa posterior del motor muestreando la señal de giro del volante, que
traducen la señal de pulsos a tensión alterna del paso dentado del volante, en donde el
controlador 2301 A recibe la señal de las revoluciones del motor.
15
El generador marca Kato Engineering es de 3300V en 50Hz, con una capacidad de 257
amperes, excitación
giratoria de 100 voltios DC y 60 A , posee transformadores de
corriente para medición, y protección de relación 400:5 , transformadores de tensión de
relación 3300/110V, relés de protección :
Tipo de relé Designación Nema Baja y alta frecuencia 81 Bajo y alto voltaje 27 y 59 Diferencial de corriente 87 Potencia inversa 67 Sobrecorriente 51 Falla a tierra 64 Tabla N°1.2.Relés de protección
Figura N°1.1 Unidad Waukesha #3 Puerto Natales
16
CAPÍTULO II
Componentes
CAPÍTULO II : COMPONENTES
En este capítulo se dará a conocer los componentes básicos para el control de velocidad y
carga en el controlador Woodward.
2.1 Actuador (governor)
Todas las fuentes de poder deben ser controladas para convertirlas en trabajo útil. El
dispositivo esencial que controla la velocidad o la salida de energía de un motor, turbina,
u otra fuente de poder es un actuador. Un actuador controla la velocidad (o la carga) de
un motor principal y el combustible (vapor, gas o diesel), para mantener su velocidad (o
carga) en un nivel deseado.
Figura N°2.1. Actuador EG-6P
2.2 Funcionamiento
Podemos citar como ejemplo el control de velocidad de un automóvil, en donde el
conductor es el que controla la inyección de combustible por medio del pedal del acelerador
dejando pasar más o menos combustible, en condiciones que el conductor estime
conveniente (velocidad deseada)con respecto a la velocidad del momento.
18
Figura N°2.2. Balance de velocidad
El actuador es el componente que transforma la señal eléctrica que recibe desde el
controlador 2301 de 0 a 6 Vdc a movimiento rectilíneo hacia el carburador por medio de
una extensión de varillaje, con terminales ajustables en sus extremos como se muestran
en las figuras N°2.3 y N°2.4:
Figura N° 2.3. Varillaje del actuador-carburador
19
Figura N°2.4. Carburador y varillaje
2.3 Sensor de velocidad
El sensor de velocidad o pick-up magnético es un dispositivo que sensa la velocidad del
motor, se compone de un polo con una bobina de cobre que genera corriente alterna
Figura N°2.5. Pick-up magnetic
20
El campo o las líneas de flujo salen del polo norte del imán, y viajan por el bobinado,
volviendo al polo del sur del imán.
Figura N°2.6. Flujo magnético con la posición del diente
Figura N°2.7. Flujo magnético sin la posición del diente
Cuando el material ferroso, como el diente de engranaje, se encuentra cerca al pick-up
(figura N°2.6) el camino de reluctancia se ve disminuido y aumenta las líneas de flujo
magnético. Cuando el material ferroso está lejos del pick-up (figura N°2.7), el flujo de aire
original es restablecido, y las líneas de flujo se disminuirán al nivel original. Este aumento
y disminución de flujo inducen un voltaje AC en el bobinado del pick-up.
21
La salida del sensor magnético va a depender del largo, ancho, alto y espacio entre dientes
como se ilustra en la figura N°2.8:
Figura N°2.8. Distancias y tolerancias en la ubicación del pick-up.
Donde:
A = dimensión superior del diente
B = alto del diente
C = espacio entre dientes
D = diámetro del extremo del pick-up
E = tolerancia
F = ancho del diente
La óptima relación para una máxima salida de señal depende de lo siguiente:
A igual o mayor que D
B igual o mayor que C
C igual o mayor que 3 veces D
22
Formas de onda según dimensiones de los dientes y distancia entre ellos:
Figura N°2.9. Señales según dentado del volante de inercia
23
CAPÍTULO III
Conceptos
CAPÍTULO III : CONCEPTOS
En el siguiente capítulo se dará a conocer los conceptos de sensado de carga, modo droop
(caída), modo isócrono, modo load sharing (repartición de carga) que son conceptos que
utiliza el controlador Woodward.
3.1 Sensado de carga
La manera de sensar la carga eléctrica que entrega el generador es a través de
transformadores de corriente por inducción magnética, dispuestos en las barras de salidas
del generador, son del tipo picaron con relación 400:5 esto quiere decir que el controlador
cuando exista plena carga o corriente máxima (257 A) recibirá la señal de 3.2 amperes y
cero carga o corriente, será de 0 amperes en el secundario del transformador. Como se
muestra en la figura N°3.1 esta es la disposion actual de los transformadores:
Figura N°3.1. Cables de poder y transformadores de corriente
25
Figura N°3.2. Sensado de carga del generador
3.2 Sensado de tensión
La tensión existente en el generador es suministrada por transformadores de voltaje de
relación 3300 / 110 voltios llegando en forma directa a los instrumentos de protección y
medida, así como también en el controlador. Este transformador se encuentra conectado en
las barra de salida del generador.
3.3 Ajuste del potenciómetro de ganancia de carga
La ganancia de carga se ajusta con el potenciómetro proporcionando un voltaje específico,
seleccionado desde la salida del sensor de carga, para representar la carga sobre el
generador. Este ajuste de ganancia de carga es normalmente de 6 volt DC para el 100% de
la carga nominal del generador. La salida del sensor de carga de generador es lineal de
modo que los voltajes de 0 a 6 volt DC representan cargas del 0 % al 100 %. Este voltaje
de ganancia de carga es proporcionado a través de un puente de carga equilibrado.
3.4 Puente de carga balanceado
3.4.1 Isócrono
El puente de carga equilibrado (ver R1, R2, R3 y R4 de la figura N°3.5) es un dispositivo
similar a un puente de Wheatstone, en este puente R1=R2 y R3=R4. Aquí el sistema es
isócrono o sea, la carga no afecta la velocidad o la frecuencia del generador, en el punto
N°14 de la regleta de conexiones de contacto abierto se habilita a sistema isócrono.
26
Figura N°3.3. Sistema Isócrono
3.4.2 Droop
En modo droop (caída) se habilitará cuando el contacto del punto N°14 (figura N°4.2) se
encuentre abierto. Esto produce un descenso de la frecuencia del generador a medida que se
aumenta la carga operando como unidad sencilla en una barra aislada. Al aumentar la
entrada de velocidad, operando de esta manera, aumenta gradualmente la velocidad del
motor, con lo que aumenta la frecuencia del grupo-generador.
Figura N°3.4. Sistema Droop (caída)
27
3.5 Repartición de carga
Consiste básicamente en el control de forma paralela de dos o más generadores .Como
muestra la figura N°3.5, los controladores son conectados en forma paralela. Se sensan las
señales de corrientes y tensiones y cada controlador suministra la corriente suficiente para
que los actuadores proporcionen el combustible necesario equiparando la carga.
Figura N°3.5. Conexionado entre controladores de grupos-generadores en paralelo
28
CAPÍTULO IV
Controlador 2301A
CAPÍTULO IV : CONTROLADOR 2301 A .
En este capítulo se dará a conocer la descripción y funcionamiento del actual controlador
2301A.
4.1.1 Controlador electrónico 2301A de velocidad y reparto de carga Woodward.
Este controlador se encuentra actualmente en la unidad Waukesha 9500 GSI en la ciudad de
Puerto Natales. L a importancia de seleccionar esta unidad para la mejora en el sistema de
control, se debe, a que es una maquina base para el servicio eléctrico y debe permanecer
estable y confiable a la toma y rechazo de carga.
Este dispositivo es el encargado de controlar el reparto de carga y la velocidad de
generadores accionados por motores diesel, de gasolina o turbinas de vapor o a gas.
El dispositivo de control se encuentra alojado en un compartimiento metálico (dentro de la
sala de control) y consiste en una tarjeta de circuito impreso. Todos los potenciómetros
quedan accesibles desde la parte frontal del controlador.
Este dispositivo proporciona el control tanto bajo la modalidad Isócrona como en Droop
(caída).
La modalidad Isócrona se utiliza para la velocidad constante de la máquina motriz en
combinación con:
-
Funcionamiento de una sola máquina motriz o
-
Dos o más máquinas motrices controladas por los sistemas de control de reparto de
carga, sobre una barra aislada.
La modalidad de caída o droop de velocidad se utiliza para el control en función de la carga
en combinación con:
-
Funcionamiento de una sola máquina motriz sobre una barra infinita o
-
Funcionamiento en paralelo de dos o más máquinas motrices.
Los componentes involucrados en el controlador de carga y velocidad incluyen:
- Un control electrónico 2301 A.
-
Una fuente de CC externa de 20 a 45 V (para el modelo de baja tensión); o una
fuente CC de 90 a 150 V . o bien, una fuente de CA de 88 a 132 V (alta tensión ).
-
El dispositivo de sensado de velocidad pick-up magnético.
-
Un actuador proporcional para actuar sobre el dispositivo dosificador de
combustible o de vapor.
- Transformadores de corriente y de tensión para medir la carga transmitida por el
generador.
30
Figura N°4.1. Controlador 2301 A
Figura N°4.2. Conexionado del controlador 2301A
31
4.1.2 Aplicaciones
El controlador electrónico 2301 A tiene gamas de velocidad seleccionables por un
conmutador. Este selector puede ser ajustado para funcionar dentro de las siguientes
velocidades:
500 a 1500 Hz
1000 a 3000 Hz
2000 a 6000 Hz
4000 a 12000 Hz
Figura N°4.3. Conmutador selector de velocidades
Se calcula la frecuencia del impulso del sensor de velocidad a la velocidad máxima de la
máquina motriz, multiplicando la velocidad en RPM por el número de dientes de la rueda
dentada de sensado de velocidad y dividiendo por 60. Se debe seleccionar la gama de
velocidad inferior que tenga esta frecuencia máxima del sensor de velocidad. La figura
N°4.3 muestra las cuatro secciones del conmutador S1 y sus gamas de velocidad
correspondientes. Colocando en la posición ON (conectado) el conmutador de la gama
correspondiente del S1 y en OFF (desconectado) las otras tres posiciones del conmutado,
quedando así la velocidad requerida.
4.1.3 Actuador
La aplicación en el actuador puede ser en forma directa o inversa; en forma directa consiste
en que la corriente de control al actuador exige menos combustible cuando aumenta la
corriente. La perdida total de corriente hacia el actuador, transmitirá en este, el mínimo de
combustible en la máquina. En la acción inversa, el actuador exige más combustible cuando
disminuye la corriente del mismo.
32
La perdida total de corriente hacia el actuador, transmitirá a este el máximo de combustible.
Esto permite a un regulador mecánico de refuerzo con cabezal de rodamientos de asumir el
control, más bien que parar la máquina motriz, como lo haría un sistema de acción directa.
Los cables del actuador van conectados a los terminales 20(+) y 21(-).Se utilizan cables
blindados con el blindaje conectado al terminal 22.Ver figura N°4.2
4.1.4 Conexiones del transformador de tensión
Serán conectados los cables del secundario del transformador de tensión a los siguientes
terminales:
-
Fase A al terminal 1
-
Fase B al terminal 2
-
Fase C al terminal 3
La tensión entre fases del secundario del transformador de tensión puede quedar dentro del
margen de 90 a 240 V eficaz. Como se muestra en la figura N°4.2.
4.1.5 Conexiones del transformador de corriente
En el esquema de cableado de la instalación, figura N°4.2, se indica el método normal de
conectar los transformadores de corriente. Una alternativa seria la conexión delta abierta
indicada en el detalle adjunto de la figura N°4.2. Las conexiones corresponden a los
terminales desde el 4 al terminal 9.
4.1.6 Contacto de caída (droop) e isócrono, y líneas de reparto de carga
Se utiliza cable blindado para la conexión en forma directa al controlador en los terminales
10(+) y 11(-) y el cable blindado al terminal 12. Cuando se utiliza controladores 2301 A en
las demás máquinas generadoras la conexión es en forma directa entre controladores. En
caso de utilizar controladores de diferente procedencia no se conectarán los blindajes en el
punto donde se hacen las conexiones. Ver figura N°4.2.
El contacto de caída (droop) para la selección de funcionamiento con caída (droop) o
funcionamiento isócrono va conectado en serie con el contacto auxiliar del interruptor de
poder entre los terminales 14 y 16. Cuando están cerrados tanto el contacto de caída (droop)
cómo el auxiliar del interruptor del circuito de protección, el controlador esta en la
modalidad de reparto de carga isócrona, figura N°4.4 A. Con esta modalidad esta activado
el relé interior de la línea de reparto de carga, y se anula el impulso de caída (droop) de
33
velocidad permitiendo el reparto de carga isócrona y conectándose el circuito de igualdad
de carga con las líneas de reparto de carga.
El control queda en la modalidad de caída de velocidad cuando el contacto de caída (droop)
o el contacto auxiliar del interruptor del circuito este abierto figura N°4.4B. Si el contacto
de caída esta abierto, el control permanecerá en la modalidad de caída (droop) aun cuando
este cerrado el contacto auxiliar del interruptor del circuito.
Figura N°4.4. Contacto de caída (droop) de velocidad y contacto auxiliar del interruptor de
poder.
4.1.7 Alimentación de tensión
Llegan directamente desde la fuente de tensión al controlador, conectando el terminal
negativo al terminal 15, y el positivo al terminal 16. Si la fuente de tensión es una batería,
el sistema debe tener un alternador u otro dispositivo de carga de baterías.
4.1.8 Contacto de combustible mínimo
El contacto de combustible mínimo tiene la misión de implementar un medio opcional para
la detención normal del motor. Va conectado en serie con el terminal 16 y el terminal 17
como se indica en le esquema de cableado de la instalación, figura N°4.2.
No se debe retirar este puente del terminal 17 salvo que se conecte un contacto de
combustible mínimo; el controlador no funcionará sin que se aplique el terminal 17 una
corriente continua de 20 a 45V. Cuando el contacto esta cerrado, la tensión aplicada al
terminal 17 permitirá al controlador desplazar al actuador a cualquier posición necesaria
para las condiciones de funcionamiento.
4.1.9 Supresor del impulso de velocidad en caso de falla
Este contacto consiste en suprimir el circuito de impulso de velocidad con falla o averiado,
34
en serie con el terminal 18 y con la tensión CC que alimenta el controlador.
Cuando el contacto esta abierto, el controlador funciona normalmente, desconectando la
salida del control en caso de perdida del impulso de velocidad. Cuando se cierra este
contacto se suprime el circuito del impulso de velocidad de falla, acción que puede ser
necesaria para el arranque.
Al utilizar el contacto supresor del impulso de velocidad en falla, deberá ser del tipo
instantáneo para asegurar que después del arranque queda habilitado el circuito de parada
del sensor de velocidad en falla.
4.1.10 Salida al actuador
Los cables del actuador van conectados a los terminales del controlador 20 (+) y 21 (-). Se
debe utilizar cable blindado con el blindaje conectado al terminal 22.
4.1.11 Contacto de aceleración de velocidad en marcha en vacio a velocidad de
nominal
Se conecta un contacto unipolar y unidireccional desde el terminal 16 al terminal 19
(abierto para la velocidad en vacio y cerrado para la velocidad nominal).Por lo general se
utiliza la presión de aceite para cerrar este contacto. Cuando está cerrado, se aplica al
terminal 19 una corriente continua de 20 a 45 V y el motor puede funcionar a una velocidad
más alta que la de vacio. Cuando el contacto esta abierto, desaparece la tensión del
terminal 19 y el motor vuelve, a velocidad en vacio inmediatamente, es decir, se desacelera
instantáneamente.
4.1.12 Ajuste externo de velocidad
Se debe conectar un puente en los terminales 23 y 24 a menos que se utilice un
potenciómetro para el control de velocidad remoto.
Al utilizar un potenciómetro se conectara como indica la figura N°4.5.
Figura N°4.5. Cableado del potenciómetro de velocidad
35
El potenciómetro conectado debe tener 100 ohm de resistencia y alta calidad, 10 vueltas de
giro, pudiendo así ajustar la velocidad en ± 5% aproximadamente.
4.1.13 Sincronizador (SPM) de paralelismo de velocidad y fase
El SPM es un módulo de sincronización que por medio de los terminales 25 (+), 26 (-) y el
terminal 27 corresponde a la malla en el controlador, habilita el módulo SPM para la
sincronización del grupo-generador al sistema. (SPM corresponde a un módulo opcional).
4.1.14 Sensor de velocidad
El pick-up o MPU va conectado a los terminales 28, 29 y el terminal 27 corresponde a la
malla.
4.2 Descripción del funcionamiento
La función del reparto de carga y de velocidad de este modelo 2301A, monitorea y
controla dos funciones:
4.2.1.1 Velocidad: la función de control de velocidad mantiene la máquina motriz a la
velocidad correcta.
4.2.1.2 Reparto de carga: durante el funcionamiento en paralelo de dos o más
generadores, la sección de reparto de carga sensa la carga del generador y reparte
proporcionalmente las cargas de todos los generadores del sistema.
4.2.2 Control de velocidad
La figura N°4.6 muestra el sistema de control de velocidad que consiste en:
-
Un dispositivo (1) para sensado de la velocidad de la máquina motriz.
-
Un convertidor (2) de frecuencia a tensión.
-
Una referencia de velocidad (3) de comparación con la velocidad de la máquina
motriz.
-
Un amplificador/sumador (4) con salida proporcional a la cantidad de combustible
necesaria para mantener la velocidad deseada a cualquier carga dada.
-
Un actuador (5) que ajusta la posición del mecanismo de acceso de combustible
(carburador) al motor.
36
El dispositivo de sensado de la velocidad es por medio de un pick-up magnético, que
genera una señal de CA con una frecuencia que es proporcional a la velocidad de la
máquina motriz, y es convertida por el controlador a CC.
El circuito de referencia de velocidad genera una tensión que se compara con la tensión del
impulso de velocidad.
La tensión del impulso de velocidad se compara con la tensión de referencia en el punto de
suma. Si la tensión del impulso de velocidad es menor o mayor que la tensión de referencia,
se emitirá un impulso por el amplificador de control en demanda de un aumento o
disminución de la velocidad.
El amplificador responde al impulso que viene del amplificador de control mediante el
ajuste de la posición del varillaje de combustible, modificando así la velocidad de la
máquina motriz hasta que se igualan la tensión del impulso de velocidad con la tensión de
referencia.
El circuito de impulso de velocidad en falla, supervisa la entrada del impulso de velocidad,
cuando no se detecta impulso alguno, envía al motor la señal de combustible mínimo. El
impulso de combustible mínimo es suficiente para que el actuador se coloque en la posición
mínima si esta, no esta bloqueada. No obstante, debido al ajuste del varillaje u otras
limitaciones del sistema externo, la posición mínima del actuador podría permitir la parada
de la máquina motriz.
Figura N°4.6. Sistema de control de velocidad
37
4.2.3 Potenciómetros
Los potenciómetros de ajuste del controlador se encuentran en la parte superior a la derecha
del panel frontal como lo indica la figura N°4.7.
Figura N°4.7. Ajustes del control de velocidad
El potenciómetro de VELOCIDAD DE REGIMEN (RATED SPEED) se ajusta para que la
velocidad de régimen, la tensión/velocidad del convertidor y la tensión de la velocidad de
referencia sean iguales.
El potenciómetro de LIMITE DE COMBUSTIBLE DE ARRANQUE proporciona un
medio para la limitación de la posición del varillaje de combustible en el arranque. El ajuste
del potenciómetro fija la posición máxima deseada del actuador. Esta posición límite se
habilita automáticamente antes del arranque y se desconecta cuando entra en función el
control de velocidad.
Los potenciómetros de
RESET, GANANCIA (GAIN) y de COMPENSACION DEL
ACTUADOR (ACTUATOR COMPENSATION) ajustan el amplificador de control para
acomodación a los diversos tipos de sistema de máquinas motrices. El RESET influye sobre
el tiempo de reacción de la máquina motriz en su recuperación tras un cambio espontáneo
de carga. La magnitud del cambio de velocidad que resulta de un cambio súbito de carga se
controla ajustando la GANANCIA (GAIN). LA COMPENSACION DEL ACTUADOR
(ACTUATOR COMPENSATION) compensa el tiempo que invierte el actuador y el
sistema de la máquina motriz en reaccionar a los impulsos del control.
El tiempo invertido por la máquina motriz para acelerar desde la velocidad en vacio a la
nominal y el ralentí recomendado, se fijan con los potenciómetros de TIEMPO DE
ACELERACION (RAMP TIME) y de VELOCIDAD DE MARCHA EN VACIO (LOW
IDLE SPEED) respectivamente.
38
4.2.4 Terminales para dispositivos exteriores
Los terminales de conexión del controlador, se encuentran en la parte inferior del panel
frontal, incluyendo terminales adicionales para conectar otros dispositivos exteriores como
indica la figura N°4.8.
Figura N°4.8. Conexiones a terminales
Terminal 14 = cuando el contacto esta abierto, en controlador esta en caída de velocidad
(droop).
Terminal 17= es un contacto para impulsar la salida a combustible mínimo cuando sea
necesario para la parada. No se utiliza puente.
Terminal 18= es un contacto para suprimir el circuito de protección con velocidad en
falla, para el arranque.
Terminal 19= es un contacto para acelerar desde la velocidad en vacio a la velocidad de
régimen cuando el contacto esta cerrado.
Terminales 23 y 24= es un medio externo de puesta a punto fina del ajuste de velocidad.
También puede utilizarse para la sincronización manual o para el régimen de carga del
generador cuando se trabaja en la modalidad de caída (droop).
Terminal 25 y 26= Permite el empleo de un módulo externo SPM para la sincronización.
Este sincronizador genera automáticamente un impulso que modifica la velocidad de la
máquina motriz de un generador independiente de la línea para que su frecuencia y fase se
igualen con la línea del bus de barra.
39
4.2.5 Puesta en paralelo
Existen dos métodos básicos para las puestas en paralelo: el de caída de velocidad (droop)
en donde la velocidad disminuye con la carga, y el isócrono, en donde la velocidad
permanece constante. El sistema de la puesta en paralelo consiste en:
-
Circuito de igualación de carga
(1)
-
Circuito de amplificación de carga (2)
Figura N°4.9. Sistema de puesta en paralelo
Se utiliza para seleccionar el funcionamiento del reparto de carga isócrono un contacto
auxiliar en el interruptor de poder del generador desde el terminal 16 al terminal 14. Se
puede utilizar un contacto en serie con el contacto auxiliar para seleccionar la modalidad de
funcionamiento isócrona o la de caída de velocidad (droop).
Si esta abierto el contacto auxiliar o el contacto de caída (droop), el control estará en
modalidad de caída (droop). Cuando ambos están cerrados, el control esta entonces en la
modalidad de reparto de carga isócrono.
Estando solamente un generador conectado al sistema, este tomará la carga disponible y
permanecerá en la velocidad isócrona.
Si están conectados otros generadores en línea, entonces el circuito de igualación de carga
corrige la salida de combustible para proporcionar la carga.
Un amplificador en el circuito de sensado de carga calcula la carga que hay en cada una de
las fases del generador. Esta carga de corriente se multiplica por el coseno de la diferencia
40
de fase entre la corriente y la tensión, y se suman las tres fases para determinar la carga
total.
La salida del amplificador de carga es ajustada por el potenciómetro de GANANCIA DE
CARGA (LOAD GAIN), indicado en la figura N°4.10. Para conseguir un reparto de carga
proporcional se debe ajustar la tensión de ganancia de carga de cada generador al mismo
nivel a plena carga. Sin tener en cuenta las capacidades de carga de cada generador, cada
grupo generador tomara carga al mismo porcentaje de su capacidad. Un ajuste final de cada
uno de los potenciómetros de GANANCIA DE CARGA compensará las pequeñas
diferencias que haya en los grupos generadores.
Como se ha indicado, la modalidad de funcionamiento en caída (droop), permite el
funcionamiento de un generador con una barra o bus infinita o en paralelo con otros
generadores que utilizan reguladores hidromecánicos. En caída (droop), la velocidad varía
si lo hace la carga del generador. Un aumento de carga resulta en una disminución, viene
expresado en porcentaje y se ajusta con el potenciómetro de caída (droop), indicado en la
figura N°4.10.
Figura N°4.10. Ajustes para la puesta en paralelo.
41
CAPÍTULO V
Controlador 2301D
CAPÍTULO V: CONTROLADOR 2301D
En este capítulo se dará a conocer el conexionado e instalación del nuevo controlador
2301D .
5.1 Controlador electrónico 2301 D de velocidad y reparto de carga Woodward.
El controlador 2301D es un control a base de microprocesador digital diseñado para incluir
las funciones y ser compatible con el controlador 2301A .La flexibilidad aumentada por
parte del software permite al controlador 2301D incluir las funciones de control que
requirieron de equipos adicionales en las versiones anteriores de 2301A sistemas de control
y velocidad. El controlador 2301 D por lo tanto, es conveniente para mejorar sistemas de
control existentes o la funcionalidad aumentada en nuevas instalaciones. Este controlador
2301 D es configurado por medio de la puerta de comunicaciones RS232 o RS422 conector
de 9 pines ubicado en la parte frontal del controlador.
El conjunto del controlador 2301 D incluye:
-
1 sensor de carga
-
1 actuador o governador
-
1 pick-up magnético
-
1 salida análoga configurable
-
2 entradas análogas configurables
-
8 entradas (switch) discretas (3entradas son configurables)
-
4 salidas discretas configurables (tipo relé)
Figura N°5.1. Panel frontal 2301D.
43
Figura N°5.2. Cableado en terminales
Figura N°5.3. Cableado entradas discretas fuente poder interno
44
Figura N°5.4. Cableado entradas discretas con fuente de poder externo
5.2 Instalación
5.2.1 Introducción
Esta sección contiene instrucciones de la instalación general para el controlador 2301D,
requerimientos de alimentación de poder, consideraciones para su instalación física,
conexionado eléctrico.
5.2.2 Requerimientos de energización del controlador
El controlador 2301D requiere una tensión de alimentación de 18 a 40 Vdc, con una
capacidad de 900mA para una operación normal. Al utilizar una batería para la
alimentación se debe considerar una fuente de carga, ya sea, un alternador o un equipo de
carga, todo esto para mantener una tensión estable en la alimentación.
5.2.3 Consideraciones para su instalación física
Este controlador debe ser instalado en un área de operación eléctrica o bien, en un gabinete
eléctrico industrial. Considerando estos requerimientos se debe considerar lo siguiente:
-
Adecuada ventilación
45
-
Espacio para reparación y servicio
-
Protección de humedad y condensación
-
Protección de equipos de alto voltaje o equipos que produzcan interferencia
electromagnética
-
Libre de vibraciones
-
En la ubicación no debe exceder de -40°C a +70°C
-
El controlador no debe ser montado en el motor.
5.2.4 Conexiones eléctricas
Todas las entradas y salidas del controlador están fabricadas con el sistema resorte de
compresión, para así prescindir de destornilladores y tornillos, es un sistema rápido de
instalar y reponer el conductor. Se recomienda que todos los conductores de corrientes
débiles estén separados de los de alta corriente.
En el controlador se pueden utilizar cables en los block de conexión desde 0.08-4 mm² (2712 AWG). Dos cables de 18 AWG o tres de 20 AWG.
5.2.5 Mallas y tierras de protección
Para cada una de las señales de entrada del controlador posee una conexión para mallas de
los cables trenzados a conectar y estos deben estar a tierra. Se recomienda que al quitarle la
aislación no debe exceder más allá de dos pulgadas lo que quede de malla para conectar.
Las salidas de relés, contactos de entrada y alimentación del controlador normalmente no
requieren malla conectada, pero pueden ser conectadas.
5.2.6 Rango de ingreso de velocidad
El microprocesador dentro del 2301D calcula la gama de velocidad que se utilizará
incorporando la velocidad síncrona del grupo-generador y el número de dientes de
engranaje. Esta velocidad configurada fija el escalamiento del hardware-a-software. El
ajuste de la velocidad seleccionada se fija por medio del software. Por defecto está
programado con 60 dientes en el engranaje del motor, con 900 Hz y 900 rpm.
5.2.7 Precauciones.
El número de dientes de engranaje es utilizado por el control para convertir pulsos del
dispositivo de detección de la velocidad a las revoluciones por minuto del motor. Para
evitar averías en el motor que se exceda en los límites de velocidad, cerciorarse de que el
46
control está programado correctamente para convertir la cuenta del engranaje-diente en
revoluciones por minuto. La conversión incorrecta podría causar una velocidad excesiva en
el motor.
5.2.8 Potencia real de carga
El controlador utiliza como ecuación de cálculo de Potencia= √3*V*I*P.F donde: V=
Voltaje, I=Corriente, y P.F=Factor de Potencia. El voltaje en la ecuación se presume ser
constante. Por lo tanto, si en el sistema el voltaje cambia, la energía calculada presentará
pequeños cambios.
5.2.9 Líneas de repartición de carga
Las líneas de repartición de carga proporcionan una trayectoria de comunicación análoga
en medio de controles compatibles. El controlador 2301D proporciona un relé interno para
conectar la señal de la repartición de carga con el
circuito interno en los tiempos
apropiados. Cuando el relé interno es energizado, un LED verde iluminará entre los
terminales 9 y 10.
Se utilizará un
cable blindado y conectado a las líneas de repartición de carga
directamente con los terminales 10 (+) y 11 (-). Y la malla al terminal 12. Cuando todos los
controladores en el sistema son de los tipos 2301D o 2301A, las señales se pueden conectar
directamente entre los controles.
Si en la repartición de carga se utilizan diversos controles, no se conectan las mallas en el
punto donde las conexiones se conectan. El contacto de caída (droop) para seleccionar
droop o la operación isócrona se conecta el conductor en serie con el contacto auxiliar del
interruptor de poder entre el terminal 34 y el terminal 28 respectivamente.
Al funcionar con una sola unidad en una barra o bus infinito con un dispositivo de control
externo de la carga, los terminales 34 y 37 se deben conectar con el terminal 28 para
conectar la carga del circuito que reparte la carga. Las líneas de repartición de carga se
deben conectar al dispositivo de control externo de la carga. El contacto auxiliar del
interruptor de poder entonces será conectado con este dispositivo y no con el controlador
2301D.
47
5.2.10 Energización del controlador 2301 D
Conectando la energía directamente de la fuente de energía al controlador, el terminal
negativo se conecta al terminal 46, y el positivo al terminal 45. Cuando la energía es
aplicada, el 2301D comienza a realizar pruebas de memoria interna del procesador, el que
tarda aproximadamente 30 segundos en efectuarlo. El estado del LED de la CPU entre los
terminales 27 y 28 queda energizado durante esta prueba de memoria. Durante este tiempo
las entradas y salidas se encontraran bloqueadas hasta que la memoria haya completado sus
pruebas. Para los sistemas que requieren funciones rápidas en su puesta en servicio, será
necesario mantener en forma continua energizado el controlador 2301D.
5.2.11 Entradas discretas (terminales 28 al 38)
Las entradas discretas son los comandos de switch de entrada para el control del 2301D.
Ellas actúan recíprocamente, a fin de permitir que el control del motor y las variables de
energía estén en igualdad de condiciones. El voltaje positivo se suministra al terminal
discreto de entrada cuando un contacto del interruptor o de relé de entrada se cierra. Esto
lo hará para que esa entrada discreta sea “VERDAD” (mostrado como “CERRADO "). El
terminal de la entrada estará abierto, cuando el contacto del interruptor o de relé de entrada
se abra. Esto causará
que esa entrada discreta sea “FALSA” (mostrado como
“ABIERTO ").
Estas entradas pueden ser provistas de alimentación interna como externa, en la interna se
utilizará desde los terminales 28 y 29 respectivamente, para la alimentación de los
contactos desde los terminales 31 al 38, el terminal 28 será el punto común (+24Vdc). En el
caso de alimentación externa se deberá suministrar la fuente de 24 volt DC como punto
común de los contactos de las entradas discretas y el negativo de la fuente -24 volt DC al
terminal 29.La figura N°5.5 ilustra la forma de conexión.
48
Figura N°5.5. Configuración interna 24Vdc del controlador 2301 D para entradas discretas.
Figura N°5.6. Configuración externa 24Vdc del controlador 2301D para entradas discretas.
49
5.2.12 Contacto para funcionamiento normal o mínimo combustible
Este contacto externo (terminal 31) es usado para la operación del grupo-generador con el
contacto cerrado permite controlar el funcionamiento del combustible con respecto a la
velocidad y carga. Cuando este contacto esta abierto, se activa inmediatamente la función
mínimo combustible.
5.2.13 Entradas digitales B, C, D (terminales 32, 33, 34)
Las entradas digitales B, C, y D (terminales 32, 33, y 34) son configurables para las
siguientes funciones:
1
No usado
2
Falla control de velocidad
3
Reset
4
Selección de segunda dinámica
5
Shutdown externo
6
Switch selección de velocidad vacio/nominal
7
Modo isócrono/droop desde 52G
8
Selección de valor de referencia de carga
Por defecto los ajustes de las entradas digitales son los siguientes:
-
Entrada discreta B (terminal 32) esta configurado con 2 (1,8) falla control de
velocidad.
-
Entrada discreta C (terminal 33) esta configurado con 6 (1,8) switch selección de
velocidad vacio/nominal.
-
Entrada discreta
D (terminal 34)
esta configurado con 7 (1,8) modo
isócrono/droop desde 52G.
Si las funciones no son usadas, las entradas digitales pueden ser programadas para su
bloqueo.
5.2.14 Falla control de velocidad
El contacto de falla de control de velocidad debe ser instalado en serie entre el terminal 32
(por defecto) y el positivo de las entradas discretas. Cuando el contacto esta abierto, el
control opera normalmente, apagando la salida del control en caso de perdida de señal de
velocidad. Cuando esta cerrado queda sin señal de velocidad y detiene el grupo-generador.
Este contacto tiene como utilidad hacer girar el motor sin tener ignición y combustible.
50
También puede utilizarse para el control del actuador en arranques que se necesite girar el
motor sin el paso de combustible por parte del actuador.
5.2.15 Reset
Uno de los tres contactos discretos puede ser configurado como reset. El reset suele ser
usado para reconocer o reinicializar alarmas o shutdowns.
5.2.16 Selección de segunda dinámica
Esta opción corresponde a poder configurar uno de los tres contactos discretos, con la
posibilidad de tener una segunda opción en la misma entrada, esto es cuando el contacto del
interruptor de poder (contacto auxiliar del interruptor de poder) esta abierto, los parámetros
de funcionamiento del motor controlan según los ajustes que más adelante se detallarán, y
al cerrar el contacto auxiliar, el motor funcionará según la segunda configuración ingresada,
esta opción se puede habilitar o bien, no utilizarla.
5.2.17 Detención (Shutdown) externo
Uno de los tres contactos configurables de las entradas discretas pueden ser una detención
externa. Cuando el contacto esta abierto, el control opera normalmente, cerrando el
contacto el motor se detiene en forma inmediata. Este contacto se puede utilizar como una
detención de emergencia.
5.2.18 Velocidad nominal
El contacto externo para habilitar la opción de velocidad nominal se conecta en el terminal
33 (por defecto). Esta entrada discreta cambia el control de operación acelerando la
velocidad a nominal y decreciendo la velocidad a vacio (idle). Cuando el contacto esta
cerrado, adquiere la velocidad de referencia para nominal en un tiempo de aceleración. Y
con el contacto abierto la velocidad decrece en el tiempo programado para llegar a vacio
(idle). Si el contacto del interruptor se encuentra cerrado se inhabilita la opción de
velocidad de vacio (idle).
5.2.19 Contacto auxiliar /droop (caída)
Activando el contacto (cerrado) de control de carga en el terminal 34 (por defecto), y el
contacto auxiliar del interruptor de poder, pasara el control a modo isócrono, o sea, estos
contactos operan en serie, tal como se ilustra en la figura N°5.7.
51
Figura N°5.7. Contactos droop y auxiliar del interruptor de poder
Esta entrada es utilizada para el cambio de control en la operación seleccionado el segundo
set de parámetros en la opción de segunda dinámica. Este comando es utilizado
normalmente cuando, ocurre el cambio de modalidad de droop a isócrono, los valores
difieren en relación al control u operación del motor. La habilitación de la segunda
dinámica se realiza en la configuración del menú de servicio.
5.2.20 Incrementar velocidad/carga (terminal 35)
Esta entrada discreta cambia la operación de control, aumentando la rampa de referencia
de velocidad cuando el contacto auxiliar del interruptor de poder en la entrada del terminal
34 (por defecto) está abierto y para incrementar la referencia de base carga cuando esta en
el modo base carga. La rampa de velocidad de referencia puede incrementarse sólo con el
software ajustando MAXIMO LIMITE DE BASE CARGA.
5.2.21 Reducción de velocidad/carga (terminal 36)
Esta entrada discreta cambia la operación de control, decreciendo la rampa de referencia de
velocidad cuando el contacto auxiliar del interruptor de poder en la entrada del terminal 34
(por defecto) esta abierto y para reducir la referencia de base de carga cuando esta en el
modo base carga. La rampa de velocidad de referencia puede reducirse sólo con el software
ajustando LIMITE DE BAJA VELOCIDAD.
5.2.22 Carga en el generador (terminal 37)
El contacto de la entrada discreta del terminal 37 activa la función de carga, dependiendo si
esta entrada se encuentra activada, si es así, el generador rechazará o tomará carga según el
setting ingresado en el controlador.
52
5.2.23 Sistema en base carga (terminal 38)
El contacto de la entrada discreta del terminal 38 activa la función de base carga, en este
modo de operación el actuador controlaría la carga en el generador según el setting
ingresado en el controlador.
5.2.24 Salida al actuador
La conexión del actuador al controlador se conectan en los terminales 13(+), 14(-) y el
terminal 15 a la malla (shield) respectivamente. El rango de corriente de salida al actuador
puede ser configurado en el software para 0-200 mA, 4-20mA, 0-20mA. La programación
también puede configurar la selección de operación del actuador en forma directa o inversa.
5.2.25 Entradas análogas
Ambas entradas análogas pueden ser configuradas para diferentes funciones, dependiendo
de la necesidad a aplicar.
1. No usar
2. Set point de velocidad remota
Cuando el control está en modo remoto droop o modo isócrono, el set point de la
velocidad remota mueve la rampa de velocidad al mismo valor que el set point de la
velocidad remota.
3. Set point de base –carga
Cuando el control esta en base carga remota, el set point de la carga remota mueve la
rampa de carga al mismo valor que el set point de carga remota.
4. Entrada de sincronización (-2.5 a +2.5 Vdc)
Esta puede ser usada por el módulo de velocidad y fase (SPM) como equipamiento
opcional. La entrada análoga es configurada en el software que acepta la señal del
sincronizador ±2.5 V.
5. Entrada auxiliar
Esta entrada auxiliar puede tomar como referencia directamente desde un equipo externo
como el DSLC (sincronizador digital y control de carga). Los transformadores de tensión
y
corriente no son necesarios estar conectados en el controlador 2301D cuando se usa
el dispositivo DSLC para repartición de carga o control de carga.
6. Entrada limitadora de MAP (presión de aire en el manifold)
Esta entrada de señal de presión de aire del múltiple de admisión es la encargada de
limitar el combustible en su funcionamiento y es ajustado en el menú de limitación de
53
combustible.
7. Entrada externa de sensor de carga.
Esta puede ser usada si la carga del generador ya tiene un sensor de carga externo o un
transductor de potencia (watt) conectado al generador.
5.2.26 Entrada análoga #1 (terminales 19-20)
La función para esta entrada es por defecto 4, correspondiendo la entrada de sincronización
para el hardware del tipo fijo de ±2.5 volt DC.
Funciones para seleccionar en la entrada análoga:
1 No usar
2 Set point de velocidad remota
3 Set-point de base carga
4 Entrada de sincronización
5 Entrada auxiliar
6 Entrada limitadora de MAP (presión de aire del manifold)
7 Entrada externa de sensor de carga.
Los tipos de entrada pueden ser:
1 4-20 mA
2 0-5 Volt
3 ±2.5 Volt
5.2.27 Entrada análoga #2 (terminales 22-23)
La función para esta entrada es por defecto 3, correspondiendo al set-point de base-carga
para el hardware del tipo 4-20 mA.
Funciones para seleccionar en la entrada análoga:
1 no usar
2 set point de velocidad remota
3 Set-point de base carga
4 Entrada de sincronización
5 Entrada auxiliar
6 Entrada limitadora de MAP (presión de aire del manifold)
7 Entrada externa de sensor de carga.
54
Los tipos de entrada pueden ser:
1 4-20 mA
2 0-5 Volt
3 ±2.5 Volt
5.2.28 Sensor de velocidad (terminales 25-26)
Se conecta el sensor de velocidad pick-up magnético en los terminales 25 y 26 usando
como cable de malla al terminal 27
5.2.29 Salidas discretas (terminales 41-44)
El controlador 2301D posee cuatro canales de salidas. Estas salidas discretas tienen como
máxima corriente de carga de 200mA por salida. Estas salidas no están aisladas unas de
otras y la alimentación puede ser externa de +12 Vdc o +24 Vdc conectados a los
terminales 39 (+) y 40 (-). Estos canales están aislados de la alimentación interna del
controlador 2301D. Las salidas pueden ser configuradas por los siguientes parámetros:
-
Indicación de Shutdown –la salida discreta puede ser activada cuando es sensado el
shutdown.
-
Alarma –la salida discreta será activada cuando una alarma sea activada
-
Sobre velocidad del motor- la salida discreta será activada si el motor excede la
sobrevelocidad del setpoint en el controlador.
-
En control de límite de combustible- esta salida se activará si el motor entra en el
modo de límite de combustible si esta en control de demanda de combustible.
-
Control de velocidad PID- esta salida se activará cuando la velocidad esta en control
de la demanda del combustible.
-
Interruptor de poder abierto.
-
Contacto de sobrecarga- la salida discreta solo se activará si la entrada de presión de
aire del múltiple de admisión es usada.
-
Switch de nivel
-
Falla CPU- si el controlador falla, en esta selección se desactivará las salidas
discretas
55
5.2.30 Salida análoga #1 (terminales 16-17)
La salida análoga puede ser configurada para diferentes opciones dependiendo de la
aplicación necesitada. La salida puede ser de corrientes de 0 a 20 mA ó 4 a 20 mA. Estas
corrientes pueden ser suministradas por los terminales 16(+) y 17 (-). La salida puede ser
configurada por el software por uno de los siguientes parámetros:
-
Velocidad del motor
-
Velocidad de referencia del motor
-
Demanda de combustible
-
Salida del generador
-
Porcentaje de carga del sistema
-
Entrada de sincronización
-
Entrada análoga #2
-
Señal de polarización del setting de velocidad
-
Referencia de base-carga
5.2.31 Puerta de comunicación
La puerta de comunicaciones es del tipo serial y es usado para la configuración de
parámetros y el servicio requerido por el técnico. Así como una comunicación HMI
(Human Machine Interface) o en la planta DCS (distributed control system). Esta
comunicación serial puede ser configurada vía RS-232 o bien RS-422. Como se muestra en
la figura N°5.8.
56
Figura N°5.8. Pines asignados para el cable de comunicación serial
57
CAPÍTULO VI
Descripción y operación 2301D
CAPÍTULO VI : DESCRIPCIÓN Y OPERACIÓN DEL CONTROLADOR 2301D
Este capítulo proporciona una descripción de las características y operación del controlador
2301D en repartición de carga y control de velocidad del motor.
6.1 Descripción de la operación
6.1.1 Introducción
El controlador 2301D repartidor de carga y control de velocidad usa un microprocesador de
32 bits para el control total de las funciones. Todos los ajustes son hechos directamente
desde un computador que se comunica con el control vía puerto serial. El computador
externo puede ser desconectado desde el control durante el funcionamiento normal del
grupo-generador, proporcionado seguridad en la operación.
El controlador 2301 D monitorea y controla dos funciones:
6.1.2 Velocidad
El controlador mantiene la velocidad correcta en función de los parámetros programados
6.1.3 Control de carga
El controlador maneja la carga del generador basado en el control de carga:
-
Durante la operación en paralelo de dos o mas grupos-generadores, el sensado de
carga
en al
operación
de
repartición
de
carga, comparte
las
cargas
proporcionalmente en las otras unidades.
-
Durante la operación en paralelo de dos o más grupos-generadores, o un generador
en paralelo en una barra infinita el control puede ser operado en modo Base-carga.
-
Durante la operación en paralelo de dos o más grupos-generadores, o un generador
en paralelo en una barra infinita el control puede ser operado en modo Droop.
6.1.4 Control de velocidad
El sistema de control de velocidad consiste en:
-
Un dispositivo (1) que sensa le velocidad del motor
-
Un convertidor de frecuencia del software (2)
-
Una referencia de velocidad (software) (3) ,la cual la velocidad del motor puede ser
comparada
-
Un amplificador sumador de velocidad (software) (4) con una salida (del software al
hardware) proporcional a la demanda de combustible o vapor requerido para
mantener la velocidad deseada a cualquier carga.
-
Un actuador (5) para el ingreso del combustible o vapor en el grupo-generador.
59
El dispositivo de sensado de velocidad, pick up magnético sensa la velocidad del motor y la
convierte en una señal AC con una frecuencia proporcional a la velocidad del motor. La
frecuencia es recibida por el software donde la transforma en número digital representado
las revoluciones por minuto del motor.
Figura N°6.1. Sistema de control de velocidad
El control digital compara la salida numérica del sensor de velocidad al número de la
referencia de velocidad en la unión de la suma. Si la velocidad es más baja o más alta que la
de la referencia, la respuesta calculada por el control PID (proporcional-integral-derivativo)
es enviada al actuador, que es llamado a incrementar o disminuir la corriente al actuador.
Cuando en el controlador no sensa señal de velocidad, este envía la señal al actuador para
que controle el motor a mínimo combustible. Debido al comportamiento y equipos anexos
al motor la señal de mínimo combustible no detiene el motor.
6.1.5 Control dinámico
Los ajustes de control para la operación de diversos motores, se basan en tres ajustes
principales: Reset, Ganancia y compensación del actuador.
El ajuste Reset, afecta el tiempo de reacción del motor después de un cambio repentino en
la demanda (carga).
El ajuste de Ganancia, afecta la magnitud del cambio de velocidad del motor en una
variación de carga.
60
Compensación del actuador, ajusta el tiempo en el actuador en regular el ingreso de
combustible al motor en reacción a las señales del control. La ganancia proporcional en
velocidad en vacio y la ganancia proporcional en velocidad nominal, son usadas para
estabilizar la velocidad en vacio y nominal.
La dinámica constante se refiere a los parámetros de dinámica que permanecerán constantes
como entrada y no varían con el régimen del motor. La dinámica puede ser configurada
para variar las condiciones del motor según sea la carga, usando la dinámica de 5 puntos.
La dinámica de 5 puntos traza una curva de dos-dimensiones con cinco límites de puntos de
quiebre que varían la ganancia como una función de demanda de combustible o kw. La
dinámica compensa sistemas no lineales de combustible y es útil para motores o procesos
cuya dinámica cambia de una manera no lineal con la carga.
El control puede cambiar automáticamente entre dos ajustes de ganancia, basados en el
error del régimen de velocidad, comparando el régimen de velocidad con la referencia de
velocidad.
Cuando el error de velocidad excede una anchura de ventana ajustable (ej., durante un
ingreso de carga considerable inesperada), el control automáticamente aumenta la ganancia
en una proporción ajustable. Esta ganancia aumentada produce una respuesta más rápida de
combustible y rápidamente restaura el régimen del motor a la referencia de velocidad.
6.1.6 Función de mínimo combustible
La función de mínimo combustible significa llevar a cero el combustible en el motor
llevando a la posición mínima el actuador, programada por software. Opera de dos formas;
una es que el contacto auxiliar del circuito del interruptor de poder se encuentre abierto o
bien, exista una perdida de señal del pick up magnético.
6.1.7 Función máximo combustible
La función de máximo combustible es limitar la posición máxima del actuador con respecto
a la carga del generador. Esto es para proteger el grupo-generador de sobrecarga o
sobrevelocidad, y en caso que exista algún inconveniente en el suministro del combustible.
61
6.1.8 Función límite en la partida
La función límite en la partida hace referencia a limitar el combustible en la partida o el
arranque en el motor, así, poder evitar una sobre alimentación de combustible y evitar
inconvenientes en el arranque.
Figura N°6.2. Función límite en la partida
6.1.9 Limitador de torque
La Curva Límite de Torque (TLC) setea el limite de demanda de combustible basado en la
velocidad del motor. El límite de combustible previene el sobreabastecimiento y así
controla el torque del motor, con tres límites de set-points de velocidad, estos límites son
representados en revoluciones por minutos y el límite de combustible esta en porcentaje de
demanda de combustible. La demanda de combustible generalmente es puesta ligeramente
por encima del combustible requerido para mantener la carga en forma aceptable para cada
set-point en revoluciones por minuto. El limitador de torque es programado en el menú
L**Limitador de combustible 1 /2**.
62
Figura N°6.3. Función limitadora de torque
6.1.10 Limitador de Presión de Aire en Manifold
El limitador de Presión de Aire del Manifold (MAP), ajusta el límite de combustible basado
en la presión de aire de manifold del motor. Este límite de combustible previene la
sobrealimentación por baja presión de aire. Existen 5 puntos de ajuste de presión para el
desarrollo de una curva de trabajo. El ajuste de los puntos ayuda la prevención de humo
excesivo en el escape del motor. Los límites de combustible están representados en
porcentaje de demanda de combustible. El setting del limitador del MAP es programado en
el menú M**limitador de combustible 2/2**.
Figura N°6.4. Función de límite de MAP
63
6.1.11 Referencia Velocidad/carga
El controlador 2301D esta provisto en forma local de entradas discretas que pueden
controlar el aumento y disminución de carga/velocidad. Para el control en forma remota de
carga/velocidad el controlador provee de una señal de referencia análoga.
6.1.12 Polarización de velocidad y sincronizador
Existen tres funciones que pueden cambiar la referencia de velocidad desde el set point
desde los siguientes puntos:
-
Entrada de polarización de sincronizador
-
Entrada de polarización de carga
-
Entrada de polarización auxiliar
La entrada de polarización de sincronizador es usada para sincronizar la velocidad del
motor y la fase del generador con la barra o bus que se esta en paralelo. La entrada análoga
#1
de los terminales del controlador 19 ,20 y 21 son usados para la entrada de
sincronización.
La polarización de carga es la señal que controla la función de carga para incrementar o
disminuir la velocidad o carga del generador. Cuando el generador se encuentra en paralelo
con otras unidades, un cambio en la polarización de velocidad de referencia, resultará un
cambio en la carga del generador y en un generador en un sistema aislado la polarización de
carga dará un cambio en la velocidad (droop-caída)
La tercera polarización de velocidad puede funcionar cuando es configurada la entrada
análoga #2 desde un dispositivo de control de carga auxiliar. Este control externo
modificará la velocidad de referencia dependiendo del modo de control que se encuentre.
6.1.13 Sistema de carga suave
El comando de carga de la entrada discreta 37 del controlador es el encargado de s
suministrar el ingreso y salida de carga en forma paulatina según programación de rampa
de carga del controlador.
64
CAPÍTULO VII
Comunicación
CAPÍTULO VII : COMUNICACIÓN
Este capítulo lleva los pasos a seguir para la comunicación entre el controlador y el
computador para la programación del dispositivo.
7.1 Comunicación Controlador/PC
7.1.1 Introducción
Para poder establecer comunicación entre el controlador y el computador, Woodward creó
el software Watch Window que proporciona las herramientas para el control de la maquina
7.1.2 Interface Servlink / PC Watch Window
Watch Window fue desarrollada por Woodward para ser un producto de software de cliente
Servlink que proporciona un interfaz del computador genérico a cualquier control
Woodward, y es un sistema muy poderoso, de
pruebas, control y solucionador de
problemas on-line. Los parámetros introducidos en el controlador pueden ser guardados,
rescatados o modificados sin necesidad de detener el grupo-generador. Este software
monitorea en tiempo real, pudiendo así monitorear y modificar los parámetros suficientes
para el buen funcionamiento del grupo-generador.
A continuación se describirá los pasos para la comunicación:
7.1.2.1 Paso 1
Abrir Servlink window. Ir a inicio/programas/Woodward/Servlink server y click en
Servlink y comenzara el software.
Figura N°7.1.Página de inicio del Servlink.
66
7.1.2.2 Paso 2
Hacer click en archivo/nuevo y observar el menú de comunicación de velocidad, modo, y
puerta de comunicación (por defecto es puerto de comunicación 1). Se debe seleccionar
Punto a Punto y velocidad de 38.400 baudios.
Figura N°7.2.Selección de parámetros de comunicación.
7.1.2.3 Paso 3
Seleccionar Ok. Y el control comenzara la comunicación con el computador.
Figura N°7.3.Busqueda de comunicación.
67
7.1.2.4 Paso 4
Si la red al escanear no localiza el control, se deberá chequear el cable, la energía del
controlador o la configuración del controlador
Figura N°7.4.Comunicación no establecida.
7.1.2.5 Paso 5
Cuando la comunicación esta completada, la ventana mostrará lo siguiente:
Figura N°7.5.Pantalla de comunicación establecida.
68
CAPÍTULO VIII
Configuración
CAPÍTULO VIII : CONFIGURACIÓN
8.1 Configuración de Set-points
8.1.1 Introducción
El siguiente capítulo tiene la función directa de incorporar los ajustes o configuraciones al
controlador.
Al obtener la comunicación con el controlador se debe minimizar la pantalla anterior (no
cerrarla) y abrir el Software 2301D Overview.
Figura N°8.1. Pantalla inicio
Una vez obtenida la comunicación en un 100% se comenzara la configuración de los
instrumentos (gauges) de la pantalla principal. Posicionándose en cada instrumento hacer
click derecho con el mouse y seleccionar los valores:
Figura N°8.2. Configuración de instrumentos
70
8.1.2 Configuración de motor y velocidad
Figura N°8.3. Configuración de motor
Se deben introducir la velocidad nominal, el número de dientes del volante de inercia del
motor, el tipo de acción (directa o inversa) y salida del actuador.
8.1.3 Configuración de control de velocidad
Figura N°8.4. Configuración de control de velocidad
71
En esta pantalla se configuran las velocidades nominales, de arranque, de vacio, los límites
de control de velocidad (aumentar y disminuir) los tiempos de aceleración y desaceleración,
así como también los tiempos de incremento y disminución de regulación de velocidad.
8.1.4 Configuración de control de carga
Figura N°8.5. Configuración de control de carga.
Aquí es donde se configuran el modo de control de carga: Base, Load Sharing, Droop. Los
rangos de carga en kW, la referencia de carga remota, los tiempos de toma de carga.
8.1.5 Configuración de entradas y salidas discretas
Figura N°8.6. Configuración de entradas y salidas discretas
72
Los estados de las entradas y salidas discretas estarán operativos cuando cada cuadro que
acompaña la función este encendido con un led verde.
Los cuatro grupos de la derecha de los displays digital corresponden a valores de corriente
en unidades de ingeniería.
8.1.6 Configuración de dinámicas de velocidades
Figura N°8.6.Configuracion de dinámicas de velocidades
La configuración de velocidades de dinámica consisten en la programación valores para la
ganancia, reset, compensación del actuador para una operación básica, si el sistema lo
requiere existe una segunda programación de segunda dinámica que consiste en entrar en
operación cuando exista un cambio en la composición de gas por ejemplo.
73
8.1.7 Configuración de límite de combustible
Figura N°8.7. Configuración de límites combustible
Esta pantalla muestra en barras en forma horizontal los limites de funcionamiento del
combustible, también la operación del actuador y los porcentajes de control de la demanda
de combustible.
8.1.8 Configuración de dinámica #1 y #2 (opcional)
Figura N°8.8. Configuración Dinámica
Esta pantalla puede ser configurada si es habilitada, estas configuraciones corresponden a
poder proporcionar las cinco curvas de función de ganancia para un motor gasero, donde la
característica por utilizar turbocargador la curva de respuesta no es lineal y se muestra en la
figura N°52:
74
Figura N°8.9. Curva no lineal de la respuesta del actuador
La curva de respuesta del actuador presentada anteriormente, es posible mediante las
dinámicas #1 y #2 pudiéndose obtener en forma aproximada:
Figura N°8.10. Respuesta del actuador
75
8.1.9 Configuración de entradas análogas
Figura N°8.11. Entradas Análogas
En esta pantalla se puede configurar el tipo de entrada análoga con sus valores de
porcentaje y tensión como lo muestra en la figura N°8.11, (por defecto es entrada de
sincronización) las entradas pueden ser habilitadas para la función que se desee o bien
deshabilitarlas, no se puede configurar las entradas análogas 1 y 2 en la misma función.
8.1.10 Configuración de salidas análogas y digitales
Figura N°8.12. Salidas Análogas y Discretas
Las salidas son configuradas según la configuración necesitada, las opciones de salida
análoga pueden ser de 0 a 20 mA o 4 a 20 mA.
76
La salida del actuador puede ser monitoreado desde esta ventana y entregará los mA
correspondiente a su ubicación. Las salidas discretas permiten ajustar la carga y velocidad
por medio de switch.
8.1.11 Operación manual de salidas análogas y discretas (forzar una función)
Figura N°8.13. Habilitación de salidas
La pantalla de la figura N°8.13 tiene la particularidad de forzar u operar una función de
salida análoga o discreta para comprobar o realizar pruebas online.
77
8.1.12 Gráfica online de respuestas
Figura N°8.14. Curvas de respuestas
En operación online se puede obtener en forma gráfica las respuestas en curvas de
velocidad del motor, referencia de velocidad, porcentaje de demanda de combustible y
velocidad de referencia remota. Posicionando el mouse y el click derecho sobre la gráfica
se puede cambiar los rangos mínimos y máximos de las escalas.
8.1.13 Gráfica online de carga y frecuencia
Figura N°8.15. Curvas de respuestas
Con esta gráfica se obtiene los valores y respuestas del generador en carga y frecuencia.
78
CAPÍTULO IX
Reemplazo de controladores
CAPÍTULO IX : REEMPLAZO DE CONTROLADORES
9.1 Reemplazo de cableado entre 2301 A y 2301 D y conversión de potenciómetros.
9.1.1 Introducción
Este capitulo ilustra el cambio de cableado desde el controlador 2301 A (controlador
actual) al 2301 D. Se muestra el conexionado existente y los cambios que se deben realizar
para su actualización.
Figura 9.1. Diferencias entre controladores
9.1.2 Resumen de las diferencias en el cambio de cableado de 2301 A al controlador
2301 D:
-
Las líneas de repartición de carga siguen siendo iguales entre el 2301A y el 2301D
terminales 10 (+) y 11 (-). Sin embargo, la señal de carga de los terminales 11 (-) a
13 (+) del 2301A se configura en el software del 2301D y tiene solo una conexión
de terminal externa.
-
El contacto auxiliar. (CB) de entrada en el terminal 14 del controlador 2301 A debe
ser removido al terminal 34 (D) de la entrada discreta del controlador 2301D.
-
Las entradas de alimentación de poder se deben cambiar de los terminales 15(-) y
16(+) del 2301 A a los terminales 45(+) y 46(-) del controlador 2301 D.
80
-
El contacto abierto del mínimo combustible en el terminal 17 debe ser removido al
terminal 31 del 2301D.
-
El contacto cerrado para sobrevelocidad o perdida de señal de velocidad en el
terminal 18 del 2301 A debe ser removido a la entrada discreta (B) del terminal 32
de la 2301 D.
-
El contacto cerrado para velocidad nominal del terminal 19 en el 2301 A debe ser
removido a la entrada discreta (C) del terminal 33 de la 2301D.
-
Las conexiones del actuador deben ser removidos de los terminales 20(+) y 21(-) de
la 2301 A a los terminales 13(+) y 14(-) de la 2301 D. con el cable de malla al
terminal 15.
-
La entrada de ajuste de velocidad en la 2301 A , no existe en el 2301 D , es
reemplazado son reemplazados por las entradas discretas 35 y 36 incrementar y
disminuir velocidad respectivamente.
-
La entrada del sincronizador debe ser removido desde los terminales 25(+) y
26(común) de la 2301 A a la entrada análoga #1 de los terminales 19(+) y 20(-) y la
malla al terminal 27.
-
La entrada de señal de velocidad (MPU) debe ser removido desde los terminales 28
y 29 de la 2301 A a los terminales 25 y 26 de la 2301 D y la malla al terminal 27.
81
Cableado desde el controlador 2301 A al controlador 2301 D.
Figura N°9.2. Conexionado desde 2301A al controlador 2301 D
82
9.1.3 Conversión de potenciómetros
Se enumeran abajo las tablas de conversión que aproximan los ajustes del potenciómetro de
Ganancia, Reset y Compensación del actuador en un 2301A y lo convierten en el
equivalente, de Ganancia, Reset, y la Compensación del actuador en el 2301D.
9.1.3.1 Conversión de ganancia
Figura N°9.3.Conversión de ganancia
9.1.3.2 Conversión reset
Figura N°9.4.Conversión de reset
83
9.1.3.3 Conversión de compensación del actuador
Figura N°9.5.Conversión de compensación del actuador
Ambos controladores 2301 A y 2301D están diseñados para controlar la velocidad y carga
en motores diesel y gas, como así también turbinas a gas o vapor. Utilizando ambos el
mismo principio de controlar el dispositivo actuador, facultando el ingreso necesario de
combustible a la máquina motriz dependiendo en forma directa de la carga eléctrica
existente.
84
Figura N°9.6.Pruebas del controlador 2301D
En la figura N°9.6 se muestra el controlador 2301D conectado a un computador con el
software Control View profesional on-line, además se encuentra conectado a la regleta un
pick-up magnético y un tester digital comprobando una de las entradas al controlador.
85
CAPÍTULO X
Otros sistemas
CAPÍTULO X : OTROS SISTEMAS
10.1 Otros sistemas de control
10.1.1 Introducción
En el mercado existen otras variedades de controladores que son utilizados por diversos
fabricantes que operan de forma similar al controlador Woodward, a continuación se darán
a conocer alguno de ellos:
10.1.2 Einzmann
Es un controlador de velocidad, donde el control se basa en un módulo que ajusta la
velocidad por medio de dispositivos externos como: bomba de inyección, inyectores,
pickup, solenoide y actuador. Uno de sus modelos es el
Odysseus, que consiste en
controlar el combustible de alta presión por medio de un controlador programable modelo
Dardanos. La figura N°10.1 muestra la composición
básica del sistema de control
Einzmann para un motor diesel.
Figura N°10.1 Sistema de control Einzmann
86
Siguiendo con la línea Einzmann se encuentra en el mercado el controlador de sistema de
combustible dual donde el controlador modelo Artemis se encarga de suministrar la
proporción necesaria de combustible diesel –gas para el mejor rendimiento del motor. La
figura N°10.2 muestra los componentes del sistema Artemis.
Figura N°10.2. Sistema de control Artemis
El próximo modelo Kronos pertenece a la línea de Einzmann de control netamente para
motor a gas donde este sistema tiene la ventaja de controlar la inyección del combustible,
dependiendo de la temperatura de gas de cada cilindro. La figura N°10.3 muestra los
componentes del sistema Kronos.
87
Figura N°10.3. Sistema de control Kronos
Los controladores antes mencionados operan exclusivamente el control de combustible de
los motores y necesitan de un controlador adicional para el control de carga en el
generador, Einzmann posee el controlador Theseus, que complementado con los
controladores de velocidad, hacen el conjunto que Woodward ofrece en forma compacta.
La figura N°10.4 da a conocer el sistema de control digital Theseus.
88
Figura N°10.4.Sistema de control de carga Theseus
89
CONCLUSIONES
El incorporar el nuevo controlador 2301 D se logra el control pleno de las variables que se
pueden manipular. La ventaja de manejar y monitorear el desempeño de grupo generador
en línea permite efectuar modificaciones en terreno y el técnico de mantenimiento será
capaz de analizar y tomar medidas online que le entregará respuestas inmediatas sin tener la
necesidad de implementar equipamiento externo para un análisis del desarrollo de la unidad
en cuestión.
La implementación del nuevo controlador no implica cambios en el motor y sólo el cambio
del alambrado del controlador y el agregar dispositivos para un mejor control.
En comparación con otros sistemas de control, este controlador es de uso masivo por
diferentes fabricantes de grupos-generadores y eso hace que la ingeniería y desarrollo de
Woodward den plena confianza para el manejo de las plantas generadoras de la empresa
Edelmag.
90
BIBLIOGRAFÍA
-
Woodward
“Manual de operación e instalación 2301 D 26288”
-
Woodward
“ Manual de operación e instalación 2301 A 82389”
-
Woodward
“Fundamentos del governador 26260”
-
Woodward
“Software 2301D Overview professional”
-
Internet
www.edelmag.cl
www.woodward.com
www.einzmann.com
91