Abstract: Several manufacturing companies in Mexico are reluctant to automate and control their machinery through computers, embedded systems or other laboratory-purpose hardware. Despite the advantages regarding the implementation of cutting-edge control and automation algorithms using the aforementioned devices, the companies rather prefer the use of programmable logic controllers since their robustness, simplicity, connectivity and cost requirements are fully accomplished. Thus, so that the companies may benefit from the state-of-the-art developments, the execution of control algorithms employing programmable logic controllers is an appropriate solution. Considering such a context and motivated by the extensive use of AC motors in industrial machinery, this paper presents a closed-loop controller for speed regulation of a three-phase induction motor by means of a Modbus network, which is compound only by industrial-purpose hardware, namely two programmable logic controllers, a human-machine interface and a variable-frequency drive. This represents a step beyond the state of the art because the results in similar works reported in the literature were obtained using personal computers, academic-purpose hardware or a combination of both academic-industrial technologies. The speed regulation was achieved through a proportional-integral controller executed in a programmable logic controller, whose feedback was supplied by another similar device completely dedicated to read and decode an industrial optical encoder; furthermore, the control signals were commanded to the alternating current motor using a variable-frequency drive. The proposed control network was tested through diverse regulation experiments, under different conditions, in order to assess its effectiveness and robustness. The obtained results were successful in terms of accuracy of the speed set-point tracking in comparison to the most similar works of the state of the art, namely zero steady-state error was achieved, 12 seconds earlier for 75 % larger references and 22 % less RMSE than other works, which are the best results reported so far. Such successful achievements encourage the later implementation of more advanced control techniques on three-phase-motor based industrial machinery using only industrial-purpose hardware.
Resumen: Varias empresas manufactureras en México son renuentes a automatizar y controlar su maquinaria por medio de computadoras, sistemas embebidos u otros dispositivos electrónicos para propósitos de laboratorio. A pesar de las ventajas que ofrecen los dispositivos mencionados para implementar algoritmos innovadores de automatización y control, las compañías prefieren utilizar controladores lógicos programables ya que satisfacen totalmente sus requerimientos de robustez, simplicidad, conectividad y costo. Así, para que las compañías puedan beneficiarse de los últimos avances en tecnología, la ejecución de algoritmos de control en controladores lógicos programables puede ser una solución apropiada. Considerando la problemática expuesta y con la motivación del uso extensivo de motores de corriente alterna en las máquinas industriales, este artículo presenta un controlador en malla cerrada para regular la velocidad de un motor de inducción trifásico por medio de una red Modbus que únicamente utiliza hardware de propósito industrial, propiamente dos controladores lógicos programables, una interfaz humano-máquina y un variador de frecuencia. Esto representa una ventaja respecto al estado del arte, ya que los resultados de trabajos similares reportados en la literatura fueron obtenidos utilizando computadoras personales o hardware de propósito académico además del hardware industrial. La regulación de velocidad fue lograda a través de un controlador proporcional-integral ejecutado en un controlador lógico programable, cuya realimentación es suministrada por otro dispositivo similar que está completamente dedicado a la lectura de un codificador óptico industrial; asimismo, las señales de control se enviaron al motor de corriente alterna usando un variador de frecuencia. La red de control propuesta fue probada por medio de diversos experimentos de regulación, bajo diferentes condiciones, para evaluar su efectividad y robustez. Los resultados obtenidos fueron satisfactorios en términos de la precisión del seguimiento de la consigna de velocidad en comparación a los trabajos más parecidos del estado del arte, propiamente se eliminó el error en el estado estacionario 12 segundos antes para referencias 75 % más grandes y un RMSE 22 % menor que otros trabajos, los cuales son los mejores resultados reportados hasta el momento. Dichos logros motivan a la futura implementación de técnicas de control más avanzadas en máquinas accionadas por motores trifásicos utilizando únicamente hardware de propósito industrial.
