control y monitoreo de variables de un motor vía internet

REVISTA COLOMBIANA DE FISICA, VOL. 33, No. 2, 2001
CONTROL Y MONITOREO DE VARIABLES DE UN MOTOR VÍA
INTERNET
J. M. Monsalve1, G. A. Torres1, A. Devia1, A. Suárez2
1
Laboratorio de Física de Plasma♦
2
Laboratorio de Máquinas y Accionamientos
Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales, A. A. 127
RESUMEN
Se ha desarrollado un sistema de control y monitoreo de variables remotos vía Internet
de un motor lineal en tiempo real, para un único usuario; el motor lineal es controlado
mediante un PLC GE FANUC, las variables de voltaje y corriente manipuladas en el
funcionamiento del motor son adquiridas mediante un analizador de redes eléctricas;
la interacción con las salidas y registros del PLC y los datos arrojados por el
analizador, se efectúa mediante controladores desarrollados en LabView, los datos a
este punto, son llevados a Internet mediante programación en Java. Estas aplicaciones
son de vital importancia como por ejemplo en la implementación de laboratorios
virtuales de medidas y para el desarrollo de las futuras universidades virtuales, entre
otros.
INTRODUCCIÓN
La tendencia actual, liderada por el proyecto Internet 2[1], que busca la aplicación de
las redes de comunicación hacia el beneficio de la educación e investigación, ha
motivado la creciente implementación de automatismos virtuales orientados a la
enseñanza, tales como laboratorios de todo tipo, entre ellos los laboratorios de medidas
e instrumentación, dentro de los cuales se brinda al alcance de todos la posibilidad de
interactuar con elementos eléctricos, observar, analizar su funcionamiento y elaborar
prácticas aunque no dispongan de ellos en el sitio donde residen. Como punto inicial
en el desarrollo de estas tecnologías dentro de la Universidad Nacional de Colombia,
sede Manizales, se presenta en este artículo la implementación del control y monitoreo
de las variables de un motor lineal.
EL MOTOR LINEAL
El motor Lineal Lab-Volt
modelo 8228, mostrado en la
figura 1, fue diseñado para
permitir a los estudiantes la
posibilidad de observar los
principios
básicos
de
magnetismo aplicados a la
operación de dicho motor.[2]
Está compuesto por dos
partes
principales:
un
vehículo movible y un riel
estático. El riel consiste en
♦
Figura 1. Motor Lineal Lab-Volt Modelo 8228
[email protected]
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una placa de aluminio montada sobre un soporte de hierro en forma de U. El vehículo
contiene el estator del motor lineal y el riel estático es el rotor, contrario a motor
rotatorio ordinario, en el cual el estator es estático y el rotor está en movimiento.
PRINCIPIO DE UN MOTOR DE INDUCCIÓN LINEAL
Se tiene una placa de aluminio 1 montada en el soporte de hierro 2, que encara los polos
salientes del estator como se muestra en la figura 2. El soporte de hierro ofrece una vía
de alta permeabilidad para el flujo magnético proveniente de los polos. A medida que el
flujo barre de izquierda a derecha la placa de aluminio, el inducirá una corriente dentro
de sí de acuerdo a la ley de Faraday. Esta corriente está en el sentido del mismo flujo
que lo crea, y también una fuerza tractiva, o empuje electromagnético, se ejercerá sobre
la placa, tendiendo a arrastrarla a lo largo del flujo en movimiento. Así, si el vehículo
está estacionario, la placa tenderá a moverse hacia la derecha. Pero si la placa está fija,
y el vehículo está libre para moverse, este último empezará a moverse hacia la
izquierda. A medida que el vehículo gana velocidad, el flujo continuará barriendo sobre
la placa (ahora llamada riel), pero a una tasa más baja.
Consecuentemente, las
corrientes inducidas se volverán más bajas, quienes, a su turno, disminuirán el empuje
que conduce el vehículo hacia la izquierda. Si el vehículo se mueve a una velocidad
sincronizada, el flujo cesará de inducir corriente en el riel y el empuje caerá a cero.
Como resultado, el vehículo empezaría a ir mas despacio. La velocidad final de estado
estacionario podría ser en donde la fricción y arrastre sobre el vehículo sean
exactamente igual al empuje ejercido sobre el riel por el flujo en movimiento[3].
Figura 2. Flujo que barre a lo largo del riel de aluminio
Cuando el vehículo no esta en movimiento, el estator y el rotor juntos funcionan como
un transformador trifásico. El motor permite ser configurado en delta o en estrella.
CONTROL DE VARIABLES A TRAVÉS DE LABVIEW®
La implementación del arranque y parada del motor se realizó con la utilización de un
PLC GE FANUC Serie 90 Micro, por medio de cual se habilita o no el funcionamiento
del motor; para la medición de las corrientes y voltajes se utilizó un analizador de redes
eléctricas Circuitor CVMk; estos dispositivos junto con otros elementos modulares
constituyen una mesa típica de trabajo del Laboratorio de Máquinas y Accionamientos
de la Universidad Nacional Sede Manizales(figura 3).
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Figura 3. Mesa del Lab. de Máquinas y Accionamientos
Para permitir que un
usuario controle el
motor y adquiera los
valores
de
las
variables, las salidas y
registros del PLC son
adquiridas y forzados
respectiva_
mente,
mediante
módulos
desarrollados
bajo
programación
en
LabView®, de esta
misma forma también
se adquieren los datos
desde el analizador de
redes[4].
Tomados los datos, se desarrolló una nueva aplicación en LabView® que hace las veces
de servidor de datos y arma las tramas que se envían al usuario remoto a través de
Internet. En la figura 4 se puede observar la aplicación desarrollada.
Figura 4. Servidor de datos en Labview
ENTORNO WEB
Para hacer posible la obtención y envío de datos a través de Internet, se utilizó un
servidor Web Apache; la interfaz final (figura 5) hacia el usuario fue desarrollada bajo
programación en lenguaje Java, tomando así el nombre de applet, visible por cualquier
tipo de browser común como Internet Explorer o Netscape. En la interfaz, como se
aprecia en la figura 5, se pueden observar las salidas digitales del PLC así como el
movimiento del motor al lado izquierdo; hacia el lado derecho se observan las corrientes
y los voltajes a medida que transcurre el movimiento; cabe recordar que todo esto
ocurre en tiempo real y por tanto los datos obtenidos corresponden a valores
instantáneos; teniendo en cuenta esto, es posible entonces conocer la potencia
instantánea consumida por la máquina y así apreciar la evolución en función del tiempo
de las potencias aparente, activa, reactiva así como otras magnitudes derivadas de las
anteriores[5].
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Figura 5. Entorno Web para control del motor y monitoreo de variables
CONCLUSIONES
El desarrollo de este sistema muestra la gran aplicación y viabilidad que tiene los
sistemas remotos con dispositivos físicos reales en la actualidad, abriendo así las puertas
hacia la implementación de un laboratorio virtual de medidas eléctricas en donde los
distintos usuarios puedan tomar cursos a distancia e interactuar con los dispositivos
afianzando de una forma más eficaz sus conocimientos teóricos; con todo esto se
presenta un enorme aprovechamiento de los recursos, al prestar servicio de los
dispositivos a sitios o entidades que no los posean. La utilización de dispositivos
eléctricos de accionamiento para este caso, genera una perspectiva hacia la utilización
de aplicaciones similares a nivel de la industria o del hogar, pudiéndose mejorar el nivel
de vida al tener la posibilidad de poder maniobrar, a manera de ejemplo, equipos dentro
de una fábrica desde el hogar o la oficina.
AGRADECIMIENTOS
Los autores expresan sus agradecimientos a COLCIENCIAS y a la Universidad Nacional de
Colombia.
REFERENCIAS
[1] UCAID. Internet2 [en línea]. UCAID, 1997-2001.< http://www.internet2.edu/ >
[2] LAB-VOLT. Lab-Volt. Lab-Volt Systems, Inc, 2001< http://www.labvolt.com >
[3] WILDI, Theodore et al. Selected Experiments in Electrical Power Technology Linear Motor. Canadá:
Lab-Volt LTd, 1997.
[4] Villegas E, Ospina E. y Suárez A. “Laboratorio de redes industriales con Protocolo Modbus /RTU sobre
TCP/IP”. Primer Congreso Iberoamericano de Telemática CITA 2001, Cartagena de Indias, Colombia, 2001.
[5] H. Valderrama, L. Guasch, y Ll. Massagués, “Adquisición de Datos e Instrumentación para un Laboratorio
Docente de Máquinas Eléctricas” , 6as Jornadas Hispano-Lusas de Ingeniería Eléctrica, Actas, 7-9 julio 1999,
Lisboa, vol.1, pp. 37-44. Disponible WWW en: http://www.etse.urv.es/~llguasch/primero.html
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