Los planos de control nos permiten entender la forma en que están conectados los elementos relativos a la parte automática de un proceso. En esencia, se componen de elementos eléctricos que, acompañados de un programa lógico dentro de un PLC, permiten la operación de los equipos de potencia como pueden ser motores, protecciones térmicas, magnéticas o termomagnéticas, variadores de frecuencia, arrancadores suaves y un gran número de dispositivos que requieren una cantidad de energía relativamente alta.
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| Fig. 1: Plano de control para un arranque directo de motor trifásico. |
Debido a la necesidad de un controlador de recibir señales externas, podemos encontrar equipo eléctrico de baja potencia dentro de estos diagramas como pueden ser: contactores, botoneras, lámparas indicadoras, sensores e incluso bobinas para activar y desactivar válvulas o relevadores. Estos elementos funcionan como los ojos del proceso, pues informaran al controlador y a los operadores sobre las condiciones del sistema en sus diferentes etapas.
Un detalle de vital importancia es que no debemos confundir un plano de control con un diagrama de escalera y es que, aunque en ambos vemos la lógica detrás de los dispositivos de campo, la diferencia radica en que el programa se vale de elementos presentes en las plataformas de desarrollo (Studio 5000 o TIA Portal, por mencionar algunos) como contadores, timers, comparadores, etc. Mientras que el plano de conexiones solo muestra los dispositivos físicos presentes en el proceso.
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| Fig. 2: Comparativa entre diagrama ladder y plano de control. |
Simbología
En un artículo anterior revisamos que existen dos normas principales que permiten la estandarización de los símbolos referentes al equipo eléctrico y, como mencionamos en esa ocasión, estas normas también abarcan el equipo referente a la parte de control pues es muy común encontrar planos eléctricos donde coexisten ambas instalaciones.
De igual manera, el uso de un estándar en específico depende principalmente de la zona geográfica donde se radique, pues, mientras que en el continente americano estamos más familiarizados con la norma NEMA ICS 19, Europa se rige bajo el estándar IEC 60617. Es aquí donde podemos encontrar diferencias en los símbolos eléctricos como son los siguientes:
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| Tabla 1: Comparativa de simbología bajo las normas NEMA e IEC. |
Si bien estas diferencias en la representación de los equipos no representan ningún tipo de alteraciones en cuanto a la conexión eléctrica, al funcionamiento ni a la operación de los componentes; sí podrían resultar en una complicación al ser interpretados por un operario que no esté familiarizado con la metodología contraria a su región de desarrollo, sin embargo, con la experiencia suficiente, resultará más sencillo identificar los distintos elementos como resultado de su ubicación y su efecto sobre otros equipos.
Representación
No debemos perder de vista que los planos existen para ser interpretados y llevados a cabo por humanos, entonces, es importante que, al realizar uno, este sea completamente legible y entendible por la persona que lo revisará y si bien las normas mencionadas anteriormente facilitan gran parte del trabajo, existen detalles informativos que deben estar presentes en todo buen plano eléctrico.
El primer detalle es seleccionar un tamaño adecuado de papel pues, además de que será el elemento que facilite la lectura al usuario final, nos permitirá dimensionar los elementos presentes en él.
En algunos casos es típico el uso del tamaño A4 por su cercanía con el tamaño carta, en otros, un tamaño A2 facilitará la inspección y, en otros casos, un tamaño A0 será requerido para mostrar hasta el detalle más pequeño en lo que respecta a las instalaciones del equipo. A continuación, incluyo una tabla y un diagrama con las dimensiones estandarizadas:
| Tamaño | Dimensiones (mm) |
| A0 | 1189X841 |
| A1 | 594X841 |
| A2 | 420X594 |
| A3 | 297X420 |
| A4 | 210X297 |
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| Fig. 3: Dimensiones estandarizadas de papel. |
Una vez seleccionado el tamaño adecuado, debemos agregar una serie de elementos que permitirán clasificar el plano. El primero de estos elementos son las coordenadas que facilitarán la localización de uno o varios elementos e incluso, su etiquetado, mediante una técnica llamada referencia cruzada en la cual un dispositivo se localiza mediante la intersección de dos ejes coordinados. En el caso más típico, encontramos que los ejes verticales tienen letras mientras que los horizontales números.
El segundo elemento es el membrete (o cajetín), un conjunto de cuadros de texto que nos permitirá incorporar la siguiente información:
- Fecha de elaboración
- Fecha de modificación
- Nombre del dibujante
- Escala
- Número de revisión
- Descripción del plano
- Número del plano
- Cantidad total de hoja que tiene el conjunto de planos
- Nombre de la empresa donde se encuentra el sistema
- Nombre de la empresa que elabora
- Logotipo de la empresa que elabora (opcional)
Entonces, podemos tener una plantilla como la siguiente que puede ser descargada haciendo click sobre la misma imagen:
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| Fig. 4: Plantilla para planos de control.Añadir título |
Análisis de un plano de control
Como mencionamos anteriormente, es típico encontrar los elementos de potencia coexistiendo con los elementos de control, pues, de esta forma, será más sencillo entender qué elementos están relacionados entre sí.
Tomemos el siguiente ejemplo que corresponde al arranque directo de un motor trifásico con su respectiva etapa de control. En la parte izquierda tenemos el circuito de potencia, una alimentación trifásica que en primera instancia se encuentra con un disyuntor, después encontramos la presencia de contactores magnéticos que son precedidos por relevadores térmicos como elementos de protección ante sobrecargas (de ahí el etiquetado OL - overload - sobrecarga). El elemento final es el motor trifásico.
Respecto al circuito de control (diagrama de la parte derecha), podemos observar que adquiere su energía a partir de una de las fases del circuito de potencia. En primer lugar, encontramos un botón de paro de emergencia, el cual es vital para restringir el flujo de corriente en caso de ser requerido. Siguiendo la rama principal, encontramos el relevador de sobrecarga que, de igual manera y dependiendo de su estado, limitará la alimentación de circuito en caso de presentarse una falla. Después encontramos el botón paro y el de arranque, los cuales están embebidos a los contactores magnéticos y, dependiendo de su estado, activarán el motor al final del diagrama y una lámpara indicadora color verde. De forma paralela observamos que, en caso de que el relevador de sobrecarga se abra, este activará una lámpara indicadora de color rojo como señalización de la falla.
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| Fig. 5: Planos de potencia y de control para el arranque directo de un motor trifásico. |
Para ver el plano con más detalles puedes hacer click sobre la imagen anterior.
Conclusiones
Como podemos observar, un plano de control difiere muy poco de un plano de potencia pues, aunque cada uno tiene elementos propios de su naturaleza, es de común encontraros coexistiendo de tal forma que, con un simple vistazo, podamos cotejar y entender qué equipos están relacionados y cómo es que el estado en que se encuentren permitirá la entrada de una u otra etapa. Como ejemplo de esto tenemos las lámparas indicadoras que no hay forma de que trabajen al mismo tiempo pues ambas dependen del estado del relevador de sobrecarga.
Volvemos a recalcar la importancia de saber distinguir entre un plano de control y un código de automatización pues, además de que la representación en el plano no está estandarizada bajo la norma IEC 61131 como los lenguajes típicos de un controlador, desconocemos bajo qué condiciones operan los elementos de control. Un ejemplo de esto serían los botones de arranque y paro, sabemos que, en este caso, deben ser pulsados para tener efecto sobre el proceso, pero, suponiendo que estos fuesen reemplazados por contactores (normalmente abiertos o cerrados según sea el caso), no tendríamos forma de saber bajo qué condiciones operan o de qué acción dependen para cambiar su estado pues podrían ser desde solo un conjunto de “botones virtuales” como bien podrían ser el resultado de un contador que alcanzó su valor predefinido o un timer que terminó su ciclo de operación o cualquier valor intermedio de las instrucciones mencionadas.
Este artículo complementa a los publicados anteriormente en la serie dedicada a motores y al referente a simbología eléctrica. De esta forma damos una respuesta a la interrogante original sobre qué elementos son necesarios para permitir el arranque de un motor de inducción.
Agradecemos al usuario David Acosta por su sugerencia para desarrollar este tema y de la misma forma te invitamos a ti, lector, a compartirnos tus dudas, criticas y sugerencias en la sección de comentarios o a través de nuestras redes sociales y, como siempre, gracias por leer.
-AHN
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