Arranca una turbina o una bomba paso a paso, y párala de forma segura

Comprueba las condiciones de arranque, también llamadas permisivos. En una minicentral: agua suficiente en la cámara de carga (nivel aguas arriba), la válvula de entrada y el distribuidor cerrados, el interruptor abierto, ningún disparo enclavado y la cadena de la seta de emergencia cerrada. En una bomba: agua suficiente en el pozo, la válvula de impulsión cerrada y el motor parado. Si falta una condición, el PLC no arranca y te dice cuál falta.

Después del arranque, el PLC ejecuta un paso detrás de otro. Cada paso envía una orden, espera una señal de confirmación, como un final de carrera, una presión o una velocidad, y tiene un tiempo máximo. Si la confirmación no llega a tiempo, el PLC detiene la secuencia, da un fallo y ejecuta la secuencia de parada.

Prueba el escenario Tiempo agotado en un paso y fíjate en el temporizador del paso 3.

• Permisivo. Una condición que se tiene que cumplir antes de que empiece un paso. Bloquea el paso. No para un grupo que ya está en marcha. Ejemplo: una diferencia de presión menor del 5 % en la válvula de entrada antes de abrirla.
• Enclavamiento. Una condición que el PLC vigila con el grupo en marcha. Da una alarma o inicia una parada normal. Ejemplo: un nivel bajo en la cámara de carga.
• Disparo. Una condición que para el grupo al momento y queda enclavada. La reconoces, eliminas la causa y la rearmas antes de un nuevo arranque. Ejemplo: vibración muy alta.

El PLC marca el primer disparo de un evento como PRIMER DISPARO. Las alarmas que llegan después suelen ser consecuencia de la primera, así que el primer disparo te dice dónde mirar.

Un Raspberry PLC 42 ejecuta la secuencia como una máquina de estados: un estado por paso, cada uno con su orden, su confirmación y su temporizador. Los transmisores envían señales de 4-20 mA: nivel (LT), caudal (FT), vibración (VT) y presión (PT). Los finales de carrera, el captador de velocidad (ST) y los contactos del interruptor van a entradas digitales. Las órdenes a las válvulas, al distribuidor y al interruptor salen por salidas digitales y analógicas.

El PLC envía estados y alarmas a un HMI o a un SCADA, por ejemplo por Modbus TCP o MQTT, y guarda un registro de alarmas con hora. Escribes la secuencia en Python, Node-RED o C/C++ sobre el sistema Debian del PLC. Para un emplazamiento remoto, una placa opcional añade 4G o LoRa.

Lee los casos de estudio de estas aplicaciones:

• Minicentral hidroeléctrica: varios Raspberry PLC 21 FLEX con placa CAN controlan la turbina, y un Raspberry PLC 42 en un segundo armario lee las señales de la central, como el nivel de la cámara de carga. La lógica tiene las mismas tres etapas que este simulador: arranque, regulación por nivel y parada segura. Lee el caso de estudio
• Telecontrol de una red de agua: en cada estación de bombeo, un ESP32 PLC 21 arranca y para las bombas según el nivel del pozo e informa por LoRaWAN. En la depuradora, un Raspberry PLC 42 lee los transmisores de 4-20 mA y los equipos Modbus. Lee el caso de estudio

Lo que ves en este simulador es un patrón general. Los umbrales, los tiempos y la lista de E/S son ejemplos, no el diseño de una planta real.

1. Confirmaciones, no temporizadores

Cada paso espera una señal real: un final de carrera, una presión, una velocidad o un contacto. Un temporizador solo demuestra que la orden ha salido del PLC. Usa el temporizador como tiempo máximo además de la confirmación.

2. Tiempos máximos por paso y el camino de vuelta

Ajusta cada tiempo máximo a partir del tiempo real de recorrido o de rampa, con un margen. Para cada paso, decide qué hace el PLC si se agota el tiempo. En este simulador, enclava un fallo y ejecuta la secuencia de parada normal.

3. Parada normal y parada rápida

En una parada normal, el grupo se descarga antes de abrir el interruptor. En una parada rápida por un disparo mecánico, como una vibración alta, el distribuidor cierra por la rampa rápida, el interruptor abre con la carga cerca de cero y la válvula de entrada cierra después del distribuidor. Cuando la red o el relé de protección abren el interruptor con carga, la velocidad sube hasta que el distribuidor cierra: es un rechazo de carga. Pruébalo con el fallo Disparo de red. El golpe de ariete en la tubería forzada limita la velocidad de cierre del distribuidor y de las válvulas. Estos límites te los da el fabricante de la turbina.

Una bomba cierra despacio la válvula de impulsión antes de parar el motor. En un disparo, el motor para al momento y la válvula de retención corta el retroceso del agua. La protección contra transitorios de la tubería forma parte del diseño hidráulico. La bomba sigue bombeando mientras la válvula cierra, así que fija el nivel de paro con margen para el tiempo de cierre.

4. Protecciones que quedan fuera de la secuencia

La secuencia del PLC es lógica de proceso. La parada de emergencia es un circuito de seguridad cableado. La protección de sobrevelocidad de una turbina, el relé de protección del generador y la protección del motor de una bomba funcionan por su cuenta. El PLC lee su estado, ejecuta la secuencia de parada y registra el evento. No las sustituye.

5. Sincronización

Con un generador síncrono, el regulador de tensión (AVR) excita el generador cerca de la velocidad nominal. Después, un sincronizador automático, o un relé de protección con control de sincronismo, envía impulsos de subir y bajar al lazo de velocidad del PLC y al AVR, iguala tensión, frecuencia y fase, y cierra el interruptor. El PLC lo habilita y espera el contacto de interruptor cerrado. Con un generador asíncrono, el interruptor cierra cerca de la velocidad de sincronismo y no hay sincronizador.

6. Umbrales de vibración

4,5 y 7,1 mm/s son valores de ejemplo. Toma tus valores de alarma y de disparo del fabricante de la máquina y de la serie ISO 20816, por ejemplo la ISO 20816-5 para grupos de centrales hidroeléctricas. Pon un retardo al disparo, para que un pico corto no pare el grupo.

7. Señales de 4-20 mA en entradas de 0-10 V

Las entradas analógicas del Raspberry PLC 42 miden 0-10 V. Para un transmisor de 4-20 mA, añade una resistencia shunt de precisión: 500 Ω dan 2-10 V. Para ver también el fallo alto (21 mA o más, NAMUR NE 43), usa un valor más bajo, como 470 Ω. Comprueba que la alimentación del lazo sigue dando al transmisor su tensión mínima. Una lectura de 3,6 mA o menos indica un cable roto o un transmisor averiado. Trátala como un fallo, no como un nivel bajo.

Esta lista sigue el simulador. Tu planta puede necesitar más señales, por ejemplo temperaturas de rodamientos o una segunda bomba.

Un Raspberry PLC 42 tiene 12 entradas analógicas, 14 entradas digitales, 10 salidas digitales y 6 salidas analógicas, así que un grupo deja E/S libres. Para más grupos o más señales, añade E/S remotas por Modbus RTU en uno de los dos puertos RS-485. Comprueba en la ficha técnica la frecuencia de entrada de tu captador de velocidad y los valores de tus cargas. Las salidas son de transistor: acciona la bobina del interruptor, los actuadores de las válvulas y el contactor del motor a través de relés de interfaz.

Características completas: Raspberry PLC 42 · ficha técnica de la familia Raspberry PLC · todos los equipos basados en Raspberry Pi.

Estos ejemplos cubren partes de este patrón. Algunos usan un ESP32 PLC: la lógica es la misma.

• Lectura de un sensor de nivel de 4-20 mA
• Calibración de corriente en lazo cerrado con un Raspberry PLC
• Medida de caudal con un caudalímetro de pulsos
• Control de electroválvulas con una máquina de estados
• Control de una bomba de agua con boyas
• Estación de dos bombas con telemetría LoRaWAN
• Panel de Node-RED para vigilar varias estaciones
• Project pack de bombeo de agua
• Simulador de telemetría de emplazamientos remotos: la misma estación de bombeo vista desde el centro de control

Más ejemplos: PLC Solution Library · todos los simuladores.