Controlador de electroválvula Burkert 8611 - Cómo funciona

El controlador de procesos Burkert 8611 fue diseñado para abstraer la teoría de control en un sistema de control versátil, fácil de configurar y fiable. Con un conjunto diverso de entradas y salidas, el 8611 puede controlar válvulas de solenoide proporcionales y otros tipos de válvulas de proceso o dispositivos de actuación. Las aplicaciones de control más comunes que se pueden resolver con el 8611 incluyen el caudal, la presión, la temperatura, la conductividad, el pH y el nivel de llenado. El 8611 utiliza un sistema de control de bucle cerrado con bucles de control PI o P para reducir el error del sistema y controlar con precisión un proceso. Debido a que el 8611 maneja toda la lógica de control, puede liberar recursos del PLC en su sistema.

Además, existen múltiples estilos de montaje para soportar los numerosos estilos de válvulas. La figura 1 muestra el Burkert 8611. Para reducir aún más el tiempo de instalación y la complejidad de la programación, todas las válvulas proporcionales y sensores de Burkert son compatibles con el controlador 8611 y tienen sus valores memorizados. Cuando se utiliza una electroválvula proporcional de otra marca, los parámetros de funcionamiento deben introducirse correctamente para obtener un rendimiento óptimo. Le aconsejamos que lea nuestro artículo técnico sobre controladores de electroválvulas proporcionales para comprender mejor el funcionamiento de la teoría de control por modulación de anchura de pulso (PWM) y PI (proporcional e integral) en el controlador Burkert 8611.

Índice de contenidos

• Control de bucle cerrado
• Cómo funciona el controlador Burkert 8611
• ¿Qué puede controlar?
• Funciones de control
• Opciones de montaje
• Características del software
• Accesorios
• Homologaciones y normas
• Criterios de selección del controlador
• tabla de selección 8611
• Integración con productos ajenos a Burkert

Control de bucle cerrado

A diferencia del controlador 8605, el controlador 8611 utiliza un bucle de control PI (proporcional e integral) para ajustar una variable de control (es decir, la frecuencia de conmutación PWM) en relación con la retroalimentación medida proporcionada por la variable del proceso que se controla (es decir, la presión). El bucle de control PI utiliza parámetros conocidos como términos proporcionales e integrales para ajustar dinámicamente la variable de control para reducir el error. Esto se considera un sistema de bucle cerrado y las ventajas de un sistema de control de bucle cerrado como un bucle PI incluyen:

• Reducción de la histéresis del punto de consigna
• Corrección automática de errores de proceso
• Mayor estabilidad del proceso

Cómo funciona el controlador Burkert 8611

El controlador 8611 está diseñado para controlar una variedad de válvulas u otros actuadores de conmutación en un sistema de bucle cerrado utilizando el control PI. Dependiendo del proceso que se desee controlar, se utilizarán diferentes entradas, salidas y funciones de control del controlador. Las entradas se utilizarán para medir las variables del proceso desde los sensores (caudal, presión, temperatura, nivel de llenado, etc.), y para la conexión de la señal de consigna. Las salidas se utilizarán para controlar válvulas, como las electroválvulas proporcionales, u otros dispositivos de actuación. Es importante tener en cuenta que la función de control del sistema cambiará con respecto a la variable del proceso que se desea controlar. La figura 2 muestra el diagrama de bloques de control del Burkert 8611. El funcionamiento del 8611 depende de tres ajustes de parámetros críticos:

• Variable de control: Esta selección define la variable real que será controlada. Las selecciones posibles son el control del caudal, la presión, la temperatura, el nivel de llenado o la proporción.
• Elemento actuador (variable manipulada): Las selecciones se basan en el actuador a controlar. Es posible controlar válvulas proporcionales, válvulas de proceso u otros actuadores (por ejemplo, una válvula de motor). Los dispositivos controlados con PWM requieren la introducción de las propiedades del actuador. Esto es fundamental para el control del sistema. Todas las válvulas y sensores Burkert son memorizados por el controlador 8611. Por ejemplo, al introducir el tipo de válvula proporcional Burkert específica, se rellenará automáticamente su frecuencia de funcionamiento y sus límites de frecuencia. La introducción manual de las propiedades del actuador también es posible para los actuadores de otras marcas.
• Entrada del valor del proceso (valor real del proceso de retroalimentación): Esta selección definirá la variable utilizada como retroalimentación para el controlador. Las selecciones se limitan a la variable de control y al elemento de accionamiento seleccionados. Las selecciones posibles son frecuencia, sensor PT100 o señal estándar de tensión/corriente.

¿Qué puede controlar?

El controlador Burkert 8611 puede controlar una amplia gama de productos para aplicaciones de control de fluidos. En función de la señal de salida, puede controlar válvulas de proceso normalmente abiertas (NO) o normalmente cerradas (NC), electroválvulas proporcionales o actuadores lineales, como algunos ejemplos. Comprender las necesidades de su sistema desde el punto de vista de la entrada (sensor) y la salida (dispositivo de accionamiento) del controlador es crucial antes de seleccionar el modelo de controlador necesario. La figura 3 muestra la arquitectura de hardware del tipo 8611. Consulte nuestra tabla de selección para saber qué entradas y salidas están disponibles en las distintas versiones. La fuente de alimentación para todas las versiones es de 24 V y se puede cablear con una conexión de enchufe M12 de 8 pines o a través de una entrada de terminal para la versión de montaje en armario. Las conexiones del cableado de entrada y salida varían según la versión. Los cables pueden adquirirse por separado; además, la disposición de los pines de todos los conectores se especifica en el manual de usuario del 8611. Las posibles salidas disponibles y los dispositivos de accionamiento apropiados compatibles con cada salida son:

• Salida analógica, salida del valor del proceso: Emite una señal de tensión de 0 - 10 V o de corriente de 4 - 20 mA que puede ser utilizada por dispositivos como un sensor de caudal o un actuador lineal.
• Salida del transistor: Emite una señal PWM para controlar las electroválvulas proporcionales. La señal de salida PTM también es posible con varias versiones de montaje. La tensión de conmutación es de 24V con una corriente máxima posible de 1,5 A. El rango de frecuencia de control está entre 1,2kHz y 20 Hz.
• Salida binaria: Salida de transistor configurable entre 0-24 V DC con una corriente máxima de 1,5 A para el control de válvulas de proceso NO/NC.
• Alimentación eléctrica de los sensores: 24 / 5 V DC disponible como fuente de alimentación para los sensores.

Las posibles entradas disponibles para el control de la consigna o los sensores externos son:

• Entrada de consigna externa: Se puede aplicar una señal estándar de tensión (0 - 10 V) o de corriente (4 - 20 mA) para el control de la consigna o de la relación. La entrada de consigna suele proceder de un control lógico programable (PLC) para automatizar el control.
• Entrada del sensor: La entrada del valor de proceso medido que se utiliza para la corrección de errores procede de las entradas de los sensores. Se dispone de entradas estándar de tensión (0 - 10 V) o corriente (4 - 20mA), señal de frecuencia y sensor de temperatura Pt 100. La versión de montaje en flujo puede pedirse con un sensor Hall integrado. El sensor Hall interno sólo puede utilizarse con el accesorio de caudal Burkert tipo S030.
• Entrada binaria: Se utiliza para activar o desactivar varias funciones del controlador, normalmente la entrada se toma de un interruptor de seguridad o de la retroalimentación de un controlador lógico. El rango de tensión lógica ON es de 3 a 30 V. Una entrada inferior a 3 V se considera lógica OFF.

Para una mayor integración en un sistema de control, se pueden solicitar interfaces RS485 y IO-link. Las interfaces RS485 y IO-link permiten el acceso a los parámetros de lectura y escritura del 8611 sin necesidad de que el operador tenga acceso. Estas interfaces de comunicación sólo están disponibles con el estilo de montaje en panel.

Funciones de control

La función de control viene determinada por el elemento actuador seleccionado y configurará la forma en que el controlador regulará el proceso. Cada función de control incluye parámetros específicos del actuador que se controla.  La configuración de cada función de control vendrá determinada por la selección de la variable de control. Además, la programación de las entradas de los sensores y la señal de consigna se seleccionarán en función de cada función de control. La configuración de cada función del controlador se guía en función de la variable de control para limitar las posibles opciones de configuración. 

Los parámetros PI de cada función deben ajustarse para mejorar el control del sistema. En el manual de usuario del 8611 encontrará ejemplos para el ajuste y el cálculo de los parámetros PI. Además, existe un modo de prueba para ayudar a la puesta a punto.

• Control continuo de la válvula proporcional: Esta función se utiliza para controlar válvulas proporcionales con una entrada de consigna, una entrada de sensor y una señal de salida PWM. La frecuencia PWM debe ajustarse de acuerdo con el tipo de válvula seleccionada para un funcionamiento correcto. La frecuencia PWM de todas las válvulas Burkert es memorizada por los controladores 8611. El tipo específico se puede introducir durante la configuración para cargar automáticamente todos los parámetros de funcionamiento.
• Control cuasi-continuo de válvulas de proceso: Esta función controlará una válvula de proceso sin retroalimentación de posición. Esta función se utiliza habitualmente en aplicaciones en las que no es posible la retroalimentación debido a condiciones de funcionamiento difíciles, como alta temperatura, alta humedad o limitaciones de espacio. Una válvula de proceso se controla con una salida PTM (modulación de pulso-tiempo) y la retroalimentación del proceso.
• Control continuo de la válvula de control: Esta función se utiliza para controlar una válvula utilizando la salida analógica (4-20 mA o 0-10 V) para el control. Esta función se utiliza habitualmente con válvulas motorizadas o posicionadores para controlar el caudal. Una válvula de control puede ser operada usando una señal estándar de 0-20 mA o 0-10 V y la retroalimentación del proceso.
• Control cuasi-continuo de la válvula de apertura/cierre (2 estados, 3 estados): Esta función se utiliza para controlar las válvulas abiertas/cerradas utilizando las salidas de transistor del controlador. A diferencia de un esquema de control puramente ON/OFF, el tiempo de apertura y cierre de las válvulas varía proporcionalmente a la desviación del valor de consigna y del valor real. el control de 2 estados se utiliza para controlar una sola válvula de control y el control de 3 estados se utiliza para controlar dos válvulas de control separadas. el control de 3 estados utilizará 2 salidas de transistor. Esta función puede operar con válvulas normalmente abiertas (NO) o normalmente cerradas (NC).
• Control de la proporción: Esta función se utiliza para controlar el caudal con respecto a un caudal no controlado. La relación entre el caudal no controlado y el caudal controlado se define mediante un factor de relación. El caudal controlado se adapta al caudal incontrolado para que corresponda a una relación específica. Esta función se utiliza habitualmente en aplicaciones de mezcla de fluidos. El racor de caudal Burkert tipo S030 utilizado en el soporte de racor 8611 puede utilizarse para medir el caudal.

Opciones de montaje

El tipo 8611 cuenta con cinco estilos de montaje. Los cinco estilos son: grifería, pared, carril, válvula proporcional y panel. Las configuraciones de montaje en pared y en carril se discutirán juntas, ya que la principal diferencia es una placa adaptadora para el montaje. Las conexiones de entrada y salida pueden variar en función del estilo de montaje. Por lo tanto, normalmente se conocen las entradas/salidas necesarias para una aplicación y se deciden primero para luego elegir entre el estilo de montaje disponible que las tenga.

Montaje de los accesorios

El controlador se monta en el accesorio del sensor de flujo en línea Burkert S030, normalmente en un sistema de tuberías como se ve en la Figura 4. El S030 mide el caudal mediante una rueda de paletas incorporada. A medida que el fluido fluye por la tubería, la rueda de paletas gira y produce pulsos cuya frecuencia es proporcional al caudal. El caudal se mide mediante un sensor Hall integrado. El 8611 utiliza la frecuencia como retroalimentación para el control de la salida. La fuente de alimentación, la consigna y las entradas binarias, junto con la señal continua y las salidas binarias, se pueden cablear con un conector M12 de 8 pines. Por último, las salidas de señal continua y de transistor se pueden cablear con un conector M8 de 4 pines. Hay 5 modelos disponibles en función de la entrada de sensor requerida.

Racor de la válvula proporcional

El 8611 puede conectarse directamente a una válvula proporcional con una conexión de enchufe DIN 175301 - 803 Forma A (próximamente DIN-A), como se ve en la figura 5. Este modelo incluye un enchufe hembra en la parte trasera del controlador de procesos. Al utilizar el punto de montaje DIN-A, la salida del transistor para controlar la válvula ya está conectada. No se necesitan cables ni conexiones adicionales. Las entradas de los sensores están cableadas con un conector M8 de 3 pines. La fuente de alimentación, el punto de ajuste y las entradas binarias, junto con la señal continua y las salidas binarias, se pueden cablear con un conector M12 de 8 pines. Hay tres modelos disponibles en función de la entrada de sensor requerida (cada tipo sólo puede aceptar un tipo de sensor).

Montaje de la pared y el riel

Los modelos de montaje en pared y carril disponen de adaptadores para montarlos directamente en un carril DIN o fijarlos a la pared, como se ve en la figura 6. Cada modelo tiene adaptadores separados y se incluyen con el controlador 8611. La fuente de alimentación y las entradas de los sensores están disponibles a través de un conector M8 de 3 pines situado en la parte inferior del controlador. La fuente de alimentación, el punto de ajuste y las entradas binarias, junto con la señal continua y las salidas binarias, se pueden cablear con un conector M12 de 8 pines. Las salidas de señal continua y de transistor se conectan con un conector M8 de 4 pines. Hay 4 modelos para montaje en pared y 3 modelos para montaje en carril disponibles en función de la entrada de sensor requerida.

Montaje en panel

El estilo de montaje en panel utiliza elementos de fijación para montar directamente en un recorte del panel de control, como se ve en la Figura 7. Los elementos de fijación se incluyen con la 8611. Están disponibles todas las entradas posibles de los sensores. Las entradas y salidas son accesibles desde los bloques de terminales situados en la parte trasera del controlador. Los bloques de terminales consisten en terminales de resorte para el cableado. Sólo hay un modelo disponible para montaje en panel; consulte nuestra tabla de selección para ver un esquema claro de las entradas y salidas disponibles.

Características del software

Las funciones de software disponibles en el 8611 ayudan a ajustar el rendimiento del controlador y a mejorar la experiencia del usuario reduciendo el tiempo de configuración y resolución de problemas. A continuación se comentan las principales características del software.

Parámetros de control ajustables

Los parámetros del controlador se pueden utilizar para afinar el funcionamiento de cada función de control más allá de su configuración estándar de los parámetros proporcionales de sintonía. El rendimiento dinámico del controlador puede mejorarse aún más utilizando parámetros de control especiales. A continuación se enumeran los parámetros más importantes. Todos los parámetros de control, como los parámetros de ajuste proporcional e integral, pueden consultarse en el manual de usuario del 8611.

• Zona muerta: Esta zona muerta hace que el regulador sólo reaccione a los puntos de consigna en un rango determinado. Se utiliza para eliminar los efectos del ruido en una señal de control.
• Apagado del punto cero: El cierre del punto cero se utiliza para asegurar que la válvula está cerrada herméticamente. Si la tensión de control no alcanza el cero absoluto (es decir, 0 V), es posible que la válvula haya quedado abierta. Si se activa este parámetro, la alimentación de la válvula se cortará automáticamente cuando se alcance el punto de ajuste del 2% del rango total. Por ejemplo, para una señal de 0 - 10 V, la salida de energía a la válvula se cortará a 0,2 V.
• Posición inicial de control: La posición inicial de control sólo se utiliza para los modos de control continuo. Este parámetro se utiliza para aumentar el tiempo de respuesta de la válvula al iniciar inmediatamente el control en el "punto de trabajo de la válvula".

Modo de prueba de sintonía de control

Esto puede utilizarse para determinar cómo responde un proceso a una configuración de programación en un rango de control operativo definido. Por ejemplo, si la presión es la variable del proceso que se va a controlar, se puede supervisar en un rango de consigna especificado (es decir, 0 - 10 V). Esta característica permite un fácil ajuste fino del bucle PI.

Calibración de la entrada y la salida del sensor

La recalibración de las entradas y salidas analógicas para el servicio o la localización de averías es posible mediante el modo de calibración. El modo de calibración permite modificar las lecturas de entrada reales. Las lecturas reales de la pantalla sólo deben compararse con dispositivos calibrados.

Escalado y filtrado de la señal

La entrada del punto de ajuste, la entrada del sensor y la salida analógica pueden ser escaladas a un factor antes de que el controlador procese o emita la señal. Esta función se utiliza para hacer coincidir la señalización entre dos dispositivos distintos para que sean compatibles. Esto permite que el controlador procese correctamente la señal de entrada o salida en todo su rango de funcionamiento. Por ejemplo, se puede definir el rango de funcionamiento de un sensor de 0 - 8V para que el controlador procese 8V como el 100% de la señal de entrada. El filtrado puede utilizarse para suavizar una señal de entrada o salida analógica. El filtrado puede ayudar a eliminar los efectos de una señal ruidosa.

Selección de unidades

Las unidades de medida y el número de decimales de las variables mostradas pueden modificarse para satisfacer las preferencias del usuario.

Protección con contraseña

El acceso a los parámetros de configuración puede ser protegido por código. El impide el acceso no autorizado al código de parámetros del controlador. Por defecto, la protección por contraseña no está activada.

Accesorios

Accesorios de conexión eléctrica

Hay cables con conectores M12 y M8 para facilitar la conexión a la fuente de alimentación, las entradas y las salidas.

Accesorios de montaje

Existen adaptadores de repuesto para los controladores 8611 de montaje en pared y en carril. También hay disponibles soportes de montaje de repuesto para los controladores 8611 de montaje en armario.

Homologaciones y normas

Este controlador está disponible con las siguientes homologaciones y normas:

• CE: Cumple con la Directiva EMC EN61326
• IP65

Criterios de selección del controlador

La determinación del controlador correcto para su aplicación depende en gran medida del proceso que se intenta controlar. A la hora de seleccionar un controlador, deben tenerse en cuenta las siguientes consideraciones:

1. Tipo de control
   1. Determine si su aplicación requiere un controlador de bucle abierto o cerrado. ¿Qué estabilidad tiene el sistema que controla su válvula? ¿Cómo afectará el error al proceso? Un controlador de bucle abierto, como el Burkert 8605, es adecuado para sistemas estables que funcionan constantemente en torno a un punto de consigna. Un controlador de bucle cerrado como el Burkert 8611 es adecuado para aplicaciones que requieren cambios automáticos. Estas aplicaciones suelen ser inestables y requieren una regulación de errores.
2. Entradas de control
   1. La señal de consigna debe ser compatible con el regulador.
   2. Los sistemas de bucle cerrado que utilizan el Burkert 8611 requieren la entrada de un sensor para medir el error del sistema. Se debe utilizar un sensor que cumpla con los requisitos de señal del controlador.
3. Salidas de control
   1. Asegúrese de que el controlador tiene las salidas adecuadas para controlar la válvula del conector. El Burkert 8605 sólo puede controlar válvulas proporcionales. El Burkert 8611 es un controlador universal y puede controlar válvulas proporcionales, válvulas de proceso, etc. La señal de control también debe ser compatible con la entrada de la válvula.
4. Estilo de montaje
   1. Hay diferentes opciones de montaje para cada tipo de controlador. Asegúrese de que el controlador puede montarse correctamente y de que las entradas y salidas son suficientes para los sensores y válvulas utilizados en su sistema.

tabla de selección 8611

Integración con productos ajenos a Burkert

Los controladores 8611 están diseñados y probados con productos Burkert. Pueden utilizarse con componentes de otras marcas, pero los parámetros deben introducirse y ajustarse manualmente. Para garantizar un rendimiento adecuado, los dispositivos y componentes de terceros deben ser autorizados por Burkert antes de su uso.