3- acionamento sincronizado de máquinas (coleiro + esteira)

Upload: charles-santos

Post on 18-Jul-2015

95 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

31.

Sincronizao de Mquinas (Coleiro + Esteira)Introduo: Um Coleiro um equipamento industrial destinado vrias aplicaes, como por exemplo: Fechamento de cartuchos revestidos; Fechamento de caixas de papelo; Rotulagem; Paletizao; Encadernao em lombada quadrada; Fixao de peas de madeira; Fixao de peas de materiais polimricos.

Principalmente, as aplicaes em sistemas de fechamento de embalagens e fixao de peas, geram a necessidade de se integrar, em um nico processo, dois equipamentos distintos: Um Coleiro (que processa e aplica o adesivo) e; Uma Esteira de Transporte (que movimenta o substrato que receber a aplicao do adesivo).

No caso deste exemplo, trata-se de um coleiro que utiliza um adesivo do tipo hot-melt, que deve ser previamente aquecido a uma dada temperatura controlada, antes de ser aplicado. O Coleiro dotado uma cuba metlica, que o recipiente aonde uma certa quantidade de blocos ou de fragmentos de adesivo seco , manualmente, depositada, para, posteriormente, ser aquecida at que o adesivo atinja um certo ponto adequado de derretimento; A energia trmica necessria para realizar o derretimento do adesivo provida por um conjunto de resistncias eltricas associadas, que, para uma melhor distribuio da energia trmica produzida, se encontram alojadas, estrategicamente distribudas, ao derredor do corpo da cuba metlica do coleiro. A temperatura do adesivo contido na cuba monitorada por um Detector de Temperatura Resistivo (em ingls Resistance Temperature Detectors or RTDs) do tipo Pt100. Os RTDs so, normalmente, fornecidos encapsulados em sondas para deteco e medio de temperatura. A sonda de deteco de temperatura da cuba se encontra alojada, estrategicamente, no corpo da cuba metlicas de modo a ter contato fsico com o adesivo j derretido, em um ponto adequado. O Coleiro dotado tambm de uma Bomba: que se encontra instalada na parte inferior da cuba e que produz a presso que suga o adesivo, j derretido, para fora da cuba, impelindo-o a circular, atravs de duas mangueiras termoeltricas, em direo aos respectivos dispositivos aplicadores do adesivo, instalados nas extremidades vazantes de ambas mangueiras. Devido a proximidade fsica entre a Cuba e a Bomba no possui resistncia de aquecimento prpria, mas tem, tambm, a sua temperatura monitorada, de modo que o Controlador processa as duas informaes de temperatura (temperatura atual do coleiro e temperatura atual da Bomba), em um nico sistema de controle de duas malhas (onde o estado lgico da uma nica sada depende do processamento e anlise de duas informaes de medidas). Andr Luis Lenz 1

A bomba do coleiro movida por um motor C.A. trifsico de quatro polos, de alto rendimento, com tenso nominal 220V, frequncia nominal de 60Hz e potncia de 0,25KW (1,44A). O motor da bomba ser acionado por um inversor de frequncia adequado, uma vez que a velocidade da bomba dever variar. A variao da velocidade do motor da bomba poder ocorrer de dois modos: Modo Manual: por interveno do operador, utilizando um potencimetro, instalado em uma caixa de controle manual. O potencimetro conectado diretamente ao inversor de frequncia; Modo Automtico: com o incremento ou decremento da velocidade controlada por um Controlador programvel, em funo de necessidades inerentes a aplicao do adesivo. Descrio das Caractersticas do Controle:

2.

Nesta dissertao focalizaremos estudar as caractersticas do acionamento do motor da bomba do coleiro e tambm as caractersticas do comando e do controle deste acionamento, inclusive no que diz respeito ao Controlador Programvel utilizado e o seu respectivo programa. Todavia, convm ressaltar que, o emprego do Controlador Programvel possibilitar realizar com um nico controlador, tanto as funes de comando e controle do acionamento do motor bamba do coleiro, como tambm as funes pertinentes ao controle temperatura do equipamento, bem como as do controle de posicionamento na aplicao do Adesivo. Estes assuntos so tratados em outras literaturas, a parte, desta mesma srie. Deste modo, a especificao do Controlador Programvel, se torna bastante complexa. um grande desafio para um nico equipamento compacto, apresentar uma tima relao custobenefcio, realizando as performances desejada, pelas necessidades dessas mltiplas tarefas: Controle preciso de temperatura em seis diferentes zonas de controle da mquina; Controle preciso de posicionamento em dois canais independentes de aplicao do adesivo; Comando e controle do acionamento de motor da bomba do coleiro em velocidade varivel.

Para isso foi necessrio a seleo de um Controlador Programvel capas de realizar, concomitantemente, funes de comandos e controles discretos, bem como funes de controle de processos contnuos. Assim, foi necessrio o emprego de um Controlador Programvel dotado das seguintes caractersticas: Controle Analgico Otimizado integrado, capaz de executar programas com funes e instrues convenientes, para realizar o controle de temperatura em mltiplas zonas; Funo de Contador Rpido integrada, para controle de posicionamento na aplicao do adesivo, com a medio de distncias, pela contagem de pulsos provenientes de um encoder incremental, usando contador rpido com duas entradas individuais, compatvel com pulsos de frequncia de at 20KHz. Funo de Comunicao integrada, capaz de suportar a incorporao de uma IHM (Interface Humano - Mquina) grfica. desejvel tambm que as caractersticas da funo de 2

Andr Luis Lenz

comunicao, em interao com as ferramentas, facilitem um rpido desenvolvimento, de modo concorrente, tanto do programa do controlador, quanto das telas da IHM grfica; Boa capacidade de memria integrada, sem a necessidade da incorporao de mdulos de memria extras;

O controlador bastante compacto composto de apenas dois mdulos: unidade central (CLP1) e unidade conversora A/D (Exp1). Esta configurao com o aspecto fsico mostrado a seguir: A unidade central (CLP1) o mdulo principal do controlador em si. Ela dotada de funo E/S discreta, apresentando 32 pontos de E/S, sendo 16 pontos de entra e 16 pontos de sada. A unidade central incorpora tambm a funo de comunicao, compatvel com mltiplos protocolos. J o mdulo de expanso (EXP1) prove 8 canais para entrada de sinais analgicos padronizados, que so, internamente, convertidos para valores numricos digitais (conversor A/D). O Controlador fabricado pela NAIS-Panasonic, da linha FP-Sigma, modelo FPG-C32T. A unidade conversora A/D do mesmo fabricante, sendo da linha FP-0, modelo FP0A80. A ferramenta (software) utilizada no desenvolvimento do programa de controle o Control FPWIN Pro 5.3. A IHM utilizada grfica, monocromtica, com recurso de acessibilidade de tela sensvel ao toque (touchscreen), fabricada, tambm, pela NAIS-Panasonic, modelo GT11 e para o desenvolvimento da telas da IHM foi utilizada a ferramenta GTWin 2.94. 3. Condies de contorno do Comando e Controle do Acionamento do Motor da Bomba: 3.1 No que diz respeito ao controle de temperatura: importante que o motor da bomba seja impedido de entrar em funcionamento, em duas condies: enquanto que, aps o coleiro iniciar o aquecimento, no seja atingido um certo limiar de temperatura mnimo, que garanta que o adesivo esteja em um estado que o possibilite fluir adequadamente, com o bombeamento. quando o controlador acusar uma falha por sobretemperatura em alguma das zonas de controle do sistema.

Andr Luis Lenz

3

Deste modo, o inversor do motor da bomba dever ser habilitado (energizado), podendo fazer o motor girar, apenas quando o controlador assim o permitir. Nos dois casos, a forma de bloqueio realizada pela a remoo da teno C.A. de alimentao na entrada do inversor, com o desligamento do contator KM1, para uma proteo efetiva, com economia de energia. 3.2 No que diz respeito a aplicao do adesivo: Existe algumas condies a serem consideradas: Os dispositivos aplicadores so montados, fixados em um suporte, que se encontra instalado, normalmente, sobre uma Esteira de Transporte, que movimentar o produto cuja superfcie plana receber a aplicao do adesivo. O movimento da esteira tambm dotado de velocidade varivel, ajustvel pelo operador, desde de zero at uma dada velocidade mxima. importante que, quando a aplicao do adesivo estiver sendo realizada, a velocidade do motor da bomba do coleiro seja mantida, adequadamente, sincronizada com a velocidade do movimento esteira de modo que, qualquer variao de velocidade da esteira, seja compensada com uma proporcional variao da velocidade da bomba do coleiro. No entanto, com a esteira totalmente parada, o acionamento do motor da bomba deve ser mantido, a uma velocidade mnima, que corresponde ao um acionamento do motor da bomba, pelo inversor do frequncia, a uma frequncia de 15Hz. Abaixo apresenta-se o grfico da relao entre a velocidade da esteira de transporte e a velocidade desejada na bomba do coleiro.

Alm do mais, com respeito funo da aplicao do adesivo, esta s dever ser habilitada, quando a bomba do coleiro estiver em modo automtico e quando a velocidade do motor da bomba corresponda a um acionamento deste motor pelo inversor de frequncia, a uma frequncia de, no mnimo, 20Hz. 3.3 Esquema Eltrico do Acionamento do Motor da Bomba: A bomba do coleiro poder de comandada, manualmente, pelo operador, por meio de uma chave, para operar em um dentre trs modos possveis: 1. Manual: motor da bomba do coleiro girando, porm NO DEVE HAVER SINCRONISMO proporcional, entre a velocidade da bomba e a velocidade de movimento da esteira;

Andr Luis Lenz

4

2. 0 (Espera):

motor da bomba do coleiro desligado, o motor da bomba DEVE ESTAR PARADO;

3. Automtico: motor da bomba do coleiro girando COM VELOCIDADE PROPORCIONAL SINCRONIZADA com a velocidade do movimento esteira. O esquema eltrico do acionamento do motor da bomba mostrado a seguir:

Andr Luis Lenz

5

3.4 Esquema Eltrico do Comando do Acionamento do Motor da Bomba: O esquema eltrico do comando e controle do acionamento do motor da bomba mostrado a seguir:

Quando a chave operada para o modo Manual, o motor da bomba do coleiro dever ser acionado e girar, em velocidade sem sincronismo com a do motor da esteira, porm com velocidade que pode ser ajustada, manualmente, pelo operador, por meio de potencimetro (ver P1 no Esquema do Acionamento), que conectado diretamente inversor da motor da bomba. J, quando a chave operada para o modo Automtico, o motor da bomba dever continuar girando, porm a sua velocidade, agora, deve ser determinada pelo sincronismo com a velocidade do motor da esteira. 3.5 Implementao do Controle da Velocidade da Bomba do Coleiro: Para poder fazer o sincronismo proporcional entre a velocidade da bomba do coleiro e a velocidade do movimento da esteira precisamos estabelecer um sistema de controle de malha fechada, cuja configurao bsica equivalente mostrada a seguir:

Andr Luis Lenz

6

onde:

w r e yr y x z

= = = = = = =

referncia de velocidade (velocidade desejada); realimentao de velocidade (velocidade atual); erro ou diferena; sinal de controle; varivel manipulada (frequncia de sada do inversor de ); varivel controlada (velocidade do eixo do motor, rotao); perturbaes (variao de carga no eixo do motor).

Para produzir o sinal que servir como referncia de velocidade (velocidade do movimento da esteira), o controlador dever monitorar a velocidade da esteira. Para isso utilizaremos o sinal de pulsos proveniente que um Encoder Incremental, que deve ser instalado, adaptado de forma adequada, ao mecanismo tracionador da esteira. importante notar que, no projeto deste equipamento, a principal funo que demanda o emprego do encoder incremental para detectar o movimento da esteira, , antes de tudo, a funo de medio de distncias, pela contagem de pulsos provenientes do encoder, usando a instruo de Contador Rpido, disponvel no controlador. Tal medio se faz necessria para o correto posicionamento da aplicao do adesivo sobre superfcie do produto, que transportado pela esteira. No entanto, uma vez que o emprego do encoder exigido pela funo de posicionamento na aplicao do adesivo, ao utilizarmos, tambm, a contagem dos seus pulsos para produzir a informao de referncia de velocidade, estaremos fazendo uma maximizao do aproveitamento deste recurso. O sinal de pulsos fornecido pela sada do encoder da esteira enviado para a entrada digital X0 do controlador. A entrada X0 corresponde ao Canal CH0 de entrada da instruo de contador rpido do controlador. Por uma questo de organizao, o Programa do Controlador (denominado Projeto) elaborado particionado em mdulos (denominados POUs - Program Organisation Unit), de modo que h mdulos (POUs) especficos, para comandar ou controlar determinadas funes, tambm especficas, do equipamento. No Projeto em questo, a instruo de contagem rpida dos pulsos do encoder ser implementada na POU que destinado a controlar o posicionamento na aplicao do adesivo, entretanto, essa informao ser passada, como varivel global, para ser utilizada, tambm, no POU que controlar a velocidade da bomba do coleiro. Andr Luis Lenz 7

A funo do controle de posicionamento na aplicao do adesivo no o foco dessa dissertao, de modo que a POU do projeto relativo a essa funo no ser apresentado aqui. Todavia a POU que trata do controle da velocidade da bomba do coleiro ser, sim, apresentado e explicado detalhadamente. Para realizar esse controle o controlador dever receber tambm um sinal de realimentao que informa sobre a velocidade atual da bomba do coleiro. Assim, o controlador dever monitorar, tambm, a frequncia atual de sada do inversor do motor da bomba. Isso pode ser feito com o inversor fornecendo em sua sada sada analgica um sinal de tenso (0 10V), que entregue a uma dos canais de entrada analgica do controlador. importante notar que, estamos tomando a leitura da frequncia de sada do inversor, e no a da real rotao do eixo motor, de modo que, no estamos realizando um efetivo controle de velocidade, mas sim, um controle indireto da velocidade, pelo controle da frequncia de sada do inversor. Esta adaptao por motivos de custo mesmo, nos livrando da necessidade do emprego de mais um sensor. Especfico para ler a velocidade real no eixo do motor. Isso tem como efeito colateral o fato de que eventuais variaes do escorregamento na rotao do eixo do motor, devidas ocorrncia de perturbaes com por exemplo, a variao da carga aplicada ao eixo do motor no sero compensadas. Entretanto, porm, ns podemos contar com os atributos operacionais do prprio inversor de frequncia para ajudar nisso, mantendo as caractersticas do controle, satisfatrias. Ento, o diagrama do controle que efetivamente implementado este:

Note, que o mdulo da unidade conversora A/D do controlador possui um total 8 canais de entrada de sinais, configurveis, de modo independente, para receber tanto sinais analgicos padronizados na forma de corrente (4 20mA), quanto receber sinais analgicos padronizados na forma de em tenso (0 10V). Um bloco de micro chaves disposto no frontal do mdulo da unidade conversora A/D utilizado para selecionar entre os modos de corrente ou de tenso. Do total de 8 canais analgicos, 6 deles sero usados para a funo de controle de temperatura (tema apresentado em outra dissertao), um outro canal analgico ser usado para a funo de medio, por meio de uma clula de carga, do volume de abastecimento de adesivo na cuba do coleiro (tema no focado nesta dissertao) e, o ultimo canal analgico restante, o que ser utilizado para entrar com a informao de velocidade atual da bomba do coleiro, fornecida pelo inversor do motor da bomba. Deste modo o aproveitamento do mdulo da unidade converso A/D otimizado, pois todos as 8 entradas estaro sendo efetivamente empregadas. Apenas para ttulo ilustrativo, o esquema completo das ligaes da unidade conversora A/D apresentada a seguir: Andr Luis Lenz 8

Vai para a entrada analgica A0 do inversor do frequncia

Repare (na elipse vermelha) que, a entrada V6/I6 do mdulo da unidade conversoras A/D do controlador a nica que importa considerar agora, pois essa a entrada que estar conectada ao terminal de controle 18 (AO - Analogic Output) do inversor de frequncia do motor da bomba do coleiro, recebendo o sinal relativo a informao da frequncia atual da sada do inversor. Todo restante do circuito apresentado no para ser considerado aqui, mas sim, far parte do assunto tratado em outra dissertao, dessa mesma srie, denominada: Controle de Temperatura de Aquecimento em Multizonas. Uma vez que o controlador receba os dois sinais de informaes que so necessrios para que ele possa processar o controle: O sinal da referncia de velocidade (ou velocidade desejada), que ser extrada da 9

Andr Luis Lenz

frequncia dos pulsos de sada do encoder instalado na esteira; A sinal da realimentao da velocidade (ou velocidade atual), que ser lido de uma sada analgica do inversor de frequncia do motor da bomba do coleiro.

O controle se torna, efetivamente, possvel de ser realizado e o resultante sinal de controle ser a gerao de dois sinais de nvel lgico, em duas diferentes sadas digitais do controlador:

Havendo necessidade de acelerar o movimento da bomba do coleiro, controlador programvel ligada (em nvel lgico 1);

a sada YE do

Por outro lado, havendo necessidade de desacelerar o movimento da bomba do coleiro, a YF do controlador programvel ligada ( em nvel lgico 1); Em nenhuma situao as sadas YE e YF so ligadas concomitantemente, mas, antes se a no houver necessidade alguma de corrigir a velocidade da ambas ficaro desligadas (nvel lgico 0).

Um outra mtodo possvel de se controlar a frequncia de sada do inversor seria pelo controlador produzir um nico sinal de sada, um sinal analgico, padronizado para variar tenso de 0 10V, e imp-lo a entrada analgica do inversor, como sinal de referncia de velocidade, de modo concorrente ao sinal do potencimetro. Todavia, esse mtodo exigiria a incluso de mais um mdulo ao controlador, um novo mdulo com, ao menos, uma sada analgica (um conversor D/A), pois, na configurao apresentadas, o mesmo no possui nenhuma sada analgica, apenas as 8 entradas analgicas, providas pelo mdulo conversor A/D, por isso, esse mtodo no foi possvel de ser implementado. 4. O Inversor de Frequncia do Motor da Bomba do Coleiro: O inversor do motor da bomba utilizado foi o inversor de frequncia fabricado pela Moeller, Andr Luis Lenz 10

modelo M-MaxTM. Este inversor recebe os dois sinais digitais em suas entradas digitais DI2 e DI3. Na parametrizao do inversor de frequncia, deve-se atentar para se definir a funo dessas duas entradas digitais do inversor para receberem, respectivamente, pulsos de incrementa e pulsos de decrementa velocidade (incrementa / decrementa frequncia de sada do inversor). A parametrizao disso feita pelo grupo de parmetro de controle do inversor (grupo P6). Neste grupo de parmetros voc pode definir as condies de operao para a frequncia de sada do inversor. O parmetro P6.2 determina qual ser a origem dos sinais que comandaro a variao da frequncia de sada do inversor. A entrada analgica AI1 (sinal do terminal de controle 2) configurado de fbrica para a referncia de frequncia (em P6.2). O ajuste pode ser feito conectando-se um potencimetro externo (recomendado resistncia fixa: 1 K a 10 K). A resistncia fixa do potencimetro de referncia alimentada a partir do conversor de frequncia atravs do sinal de terminal de controle 1 com 10 V (carga mxima: 10 mA). Os sinais dos terminais de controle 3 e 5 so pontos de referncia (GND) para os sinais de referncia analgica. Com o valor 3 (que o padro de fbrica) atribudo a esse parmetro, podemos ajustar a frequncia de sada (0 60 Hz) e consequentemente a velocidade do motor de induo trifsico conectado sada do inversor (0 a nMotor rpm) por meio do potencimetro conectado ao terminal de controle dois (sinal de tenso proporcional de 0 10V). A tempo da variao na frequncia de sada baseado em outros parmetro os quais so relativos s rampas de acelerao e de desacelerao (o padro de fbrica 3s).

5 Motor Potentiometer

Por outro lado, atribuindo-se o valor 5 a esse parmetro selecionamos a origem como sendo Motor potentiometer. O ajuste do valor desejado de frequncia atravs da funo Motor Potentioneter tem o mesmo efeito do que quando ela feita via o teclado escamotevel do painel do inversor, por meio do acionamento manual da dupla de teclas incrementa e decrementa frequncia. Andr Luis Lenz 11

Usando-se a funo Motor Potentiometer, tanto a tecla para incrementar frequncia quanto a tecla decrementar frequncia devero ser definidas para serem conectadas a um determinado par de terminais do conjunto entradas digitais disponveis, que vai de DI1 at DI6. No caso, estaremos definindo para incrementar frequncia pela entrada DI2 e decrementar frequncia pela entrada DI3. O grupo de parmetros das entradas digitais (grupo P3). O grupo de parmetros P3 usado para ajustar a funo e a operao das entradas digitais DI1 at DI6.

2 (DI2) 3 (DI3)

P3.18 define qual entrada servir para acelerar (incrementar frequncia) e P3.19 define qual entradas servir para desacelerar (decrementar frequncia). Os valores para P3.18 e P.19 devem ser selecionados de acordo com a mesma lista de opes usada para o parmetro P3.2, que apresentada a seguir:

J o parmetro, P3.2 define qual entrada digital (no caso mantido o padro, DI1) ser usada para conectar o boto de partida. O desenho a seguir mostra as possveis formas de conexo das entradas digitais, tanto para o tipo de ligao denominado ligao fonte e quanto para o tipo ligao dreno:

Andr Luis Lenz

12

Ligao tipo fonte (lgica +) = Todas as entradas digitais esto ligadas (internamente ao inversor de frequncia) ao polo negativo da fonte de tenso, atravs da microchave S1 (0 V = potencial de referncia GND). Ligao tipo dreno (lgica -) = Todas as entradas digitais esto ligadas (internamente ao unversor de frequncia) ao polo positivo da fonte de tenso, atravs da microchave S1. (24v = potencial de referncia VCC).

Para que o controlador programvel exera o controle da velocidade do motor da bomba, as sadas digitais YE e YF do controlador devero ser conectadas, respectivamente, as entradas DI2 e DI3 do inversor de frequncia. Tal conexo pode ser feita de maneira direta, no havendo a necessidade de isolao galvnica entre entrada e sada. Por fim, o parmetro P6.5 e P6.6 definem o tempo de acelerao e o tempo de desacelerao, respectivamente. Para aplicar o controle velocidade de bombeamento de fludos de polmeros aquecidos, os tempos de acelerao e desacelerao devero estar entre 4s e 8s, dependendo da viscosidade do produto Hot Melt utilizado. (No exemplo abaixo fixamos em 5s).

15.00 60.00 5 5

Andr Luis Lenz

13

As rampas de acelerao e desacelerao especificam o tempo de uma variao de amplitude mxima, ou seja, de 15 Hz para 60 Hz (acelerao) e de 60Hz para 15 Hz (desacelerao). Portanto, havendo uma variao brusca de velocidade na esteira de transporte, a bomba do coleiro levar um tempo para se corrigir e sincronizar, e esse tempo poder chegar, nos piores casos, aos valores especificados nos parmetros P6.5, para acelerar ou P6.6, para desacelerar. A frequncia de sada mnima do inversor do motor da bomba de 15 Hz, pois, desde que o adesivo fludo esteja na temperatura adequada, e a bomba do coleiro esteja operando no modo automtico e, portanto, com sua velocidade dependente da velocidade da esteira de transporte, o bombeamento e a presso do adesivo deve ser mantido (a um mnimo), mesmo que a esteira pare totalmente. Imagine que a esteira seja acionada e retome imediatamente o seu movimento. Se houver substrato a ser transportado e se a aplicao de adesivo estiver autorizada (ver dissertao Comutao Rpida de Eletrovlvulas em Aplicadores Hotmelt), ela ocorrer e isso transcorre num intervalo de tempo muito curto, no havendo tempo hbil para o bombeamento partir, acelerar e pressurizar todo o sistema de transporte do fludo para que a aplicao seja feita de maneira adequada.. Uma outra questo importante, a ser tratada agora, justamente o fato de que a bomba poder operar em modo automtico e manual. No modo automtico, a velocidade fica amarrada a velocidade da esteira e, como vimos, comandada pelo controlador programvel por meio de dois sinais digitais (acelera / desacelera) entrando nas entradas DI1 e DI2 do inversor.. Porm, no modo manual, a velocidade da bomba dever obedecer aos ajustes manuais impostor pelo operador ao potencimetro conectado a entrada analgica A1 do inversor. Como compatibilizar as dois modos de operaes distintos? Isso pode ser feito de duas maneiras: utilizando o conjunto de parmetros secundrios do inversor de frequncia; simplesmente comutando entre as fontes de referncia;

Parmetros secundrios so parmetros selecionados para um segundo motor (ou para um segundo modo de operao de um mesmo motor) e so combinados no parmetro grupo P14. Isso permite que a operao alternativa de dois motores na sada do conversor de frequncia, mesmo com as especificaes de classificao diferentes, ou operar um mesmo motor, sob dois modos de especificaes diferentes. Na configurao de fbrica, os parmetros desse segundo conjunto de parmetros (P14) so idnticas s configuraes de fbrica dos parmetros bsicos (conjunto de parmetros primrios) e descrito nas seces relevantes: P14.1 - P14.6 = P7.1 - P7.6 (Motor) P14.7 - P14.10 = P6.3 - P6.6 (controle Drives) P14.11 = P11.1, P11.7 P14.12 = (controle V / f) P14.13 - P14.16 = P8.6 - P8.9 (funo de proteo). A comutao entre o uso dos parmetros primrios e o uso dos parmetros secundrios, pode ser feita por avaliar o estado lgico de uma determinada entrada digital do inversor. Porm, no estaremos adotando essa estrategia, pois ela implicaria em termos que mudar uma srie de outros parmetros vinculados. Vamos simplesmente comutar entre as fontes de referncia; No caso estaremos atribuindo a funo de comutar entre as fontes de referncia de velocidade entrada DI4, por configurar isso no parmetro P3.26 (e no mexeremos no parmetro Andr Luis Lenz 14

P3.27): 4

O estado da entrada DI-4 do inversor comandada diretamente pela chave de operao Manual / Automtico, indo ao estado lgico 1 (ligado) quando a chave estiver em modo manual, no havendo a necessidade de nenhuma interveno por parte do controlador programvel. Assim, como configuramos, anteriormente, a fonte de referncia de velocidade primria no parmetro P6.2, para ser pelas entradas digitais., agora devemos configurar o parmetro P6.18. Tambm novas rampas de acelerao e desacelerao so definidas em P6.19 e P6.20 e ...

3

5.0 5.0 com isso, a configurao de parmetros do inversor de frequncia (para efeito do controle proposto) est concluda. As demais parmetros restantes a serem necessariamente configurados para o funcionamento adequado do motor da bomba, no so relevantes ao controle de velocidade em si, e podem ser configuradas segundo o motor especificado e considerando sua aplicao como bomba. 5. O Programa do Controlador: Como vimos, o programa do controlador programvel, de acordo com demanda da sua complexidade, convm ser composto n partes (tambm chamados mdulos do programa ou simplesmente de Tarefas ou Rotinas). No contexto dos controladores da NAIS-Panasonic (Matsushita), estas partes so, ainda, denominadas pela sigla POU (Program Organization Unit.). O Programa de Controle Automtico completo do equipamento em questo composto por um total de 8 POUs (ou 8 tarefas rotineiras), a saber:

Andr Luis Lenz

15

A rotina / tarefa do Controlador Programvel que ir executar o controle do sincronismo da velocidade da bomba do coleiro e a velocidade da esteira de transporte a POU denominada INVERSOR. Existem vrias linguagens padronizadas pela norma IEC 61131-3, as quais podemos utilizar para escrever programas para controladores programveis, mas at hoje, ainda, a que melhor se apresenta para o programador que tenha sua origem na tradio dos comandos eleletroeletrnicos (como o meu caso), a linguagem LADDER. O termo LADDER significa, em ingls, escada (escada de mo) e significa tambm progresso gradual (passo a passo, encadeamento). assim que um programa de controlador programvel executado: passo a passo, degrau por degrau. Assim, cada POU composta por uma srie passos ou degraus, dispostos e executados em cadeia (em ingls NETWORKS ou rungs). Com a execuo de uma nica instruo especial, que se encontra na tarefa de propsito geral denominada Controle, o Controlador Programvel realizar a leitura de todas as informaes relativas aos sinais presentes nas entradas analgicas do seu mdulo e armazena-as em regies de memria denominadas registradores, como mostrado a seguir:

O campo alaranjado, a esquerda. contm um nmero (no caso 1) que corresponde ao nmero da NETWORK (que chamaremos, simplesmente de Passo). Com a execuo dessa instruo (especial) mostrada, o Controlador procede Aquisio de Dados, ou seja, todas a as informaes analgicas so lidas pelo controlador e armazenadas em registradores adequados.. As informaes lidas correspondem s diversas Variveis de Sistema, que as mltiplas funes de controle (movimento, posicionamento, temperatura), exercidas pelo Controlador Programvel, precisam acessar para ser realizadas. Assim, com a execuo dessa instruo, o controlador l, simultaneamente: As informaes referentes s temperaturas atuais do adesivo nas seis zonas de controle do sistema de aquecimento (Ch0 Ch5); A informao referente ao volume atual de abastecimento de adesivo na cuba do coleiro (Ch6); A informao a frequncia atual da sada do inversor de frequncia do motor da bomba (Ch7).

Toda informao lida por um Controlador Programvel a partir de sinais analgicos precisam ser convertidas para um valor numrico proporcional que codificado em formato binrio, adequado a ser armazenado nos registradores digitais e processado por um microcontrolador, unidade central de processamento, que tambm digital. Andr Luis Lenz 16

Os controladores programveis suportam trabalhar com variados tipos de dados de valores numricos codificados e outros, como mostra a tabela a seguir: Tipos de Dados Padro (IEC 61131-3): BOOL INT DINT REAL WORD Booleano (1 bit) Inteiro (16 bits) Duplo Inteiro (32 bits) Numero Real (32 bits) Conjunto de 16 bits consecutivos (16 bits) 0~1 -32768 ~ 32767 -2147483648 ~ 2147483647 -3.402823*E38 ~ -1.175494*E-38, 0.0, +1.175494*E-38 ~ +3.402823*E38. No se aplica a operaes aritmticas 0.01 ~ 327.67 s (se 16 bits)

DWORD Conjunto de 32 bits consecutivos (32 bits) No se aplica operaes aritmticas TIME STRING Durao (16 ou 32 bits) Conjunto de caracteres consecutivos (comprimento varivel) 0.01 ~ 21 474 836.47 (se 32 bits)

ARRAY Conjunto de Elementos de Dados similares Uma varivel que contenha dados do tipo WORD consiste num grupamento de 16 estados binrios, assim, WORD e INT ocupam registradores de mesmo tamanho, todavia INT um tipo de dados numrico e WORD no . Muito embora uma WORD aceite ser carregada com valores numricos (expressos tanto em decimal, quanto em hexadecimal ou binrio), ela no aceita ser processada em operaes aritmticas. WORD o padro para o valor inicial, por exemplo, para a declarao de uma varivel no cabealho de uma POU ou na lista de variveis globais. No caso da instruo apresentada, todos os valores numricos provenientes da leitura das entradas analgicas so guardadas em registradores de dados tipificados, por default, como WORD e, portanto, armazenadas nos respectivos registradores de 16 bits. Dentre eles, o que nos importa no momento, apenas o registrador de endereo DT117, que contm o dado referente a leitura da informao da frequncia de sada do inversor de frequncia do motor da bomba. O controlador programvel em questo, dotado de uma rea de memria atribuda para registradores de dados, capaz de armazenar at 32765 dados de 16 bits. A faixa de endereos disponvel vai desde DT0 (%MW5.0 no padro IEC) at DT32765 (%MW5.32764). realmente uma farta quantidade de registradores de dados disponvel. Os valores contidos nos registradores de 16 bits podem ser tanto do tipo WORD como do tipo INT. Tanto no tipo de dado WORD quanto no tipo de dado INT (inteiro), ocorre de os valores decimais estarem representados em binrio, no entanto, os dados do tipo INT podem representar valores de -32768 a 32767, ao passo que, os dados do tipo WORD, podem representar valores na faixa de 0 a 65535, por isso, as operaes aritmticas no aceitam processar, diretamente, dados do tipo WORD.

Andr Luis Lenz

17

Quando no especificado nos cabealhos de declarao de variveis, assumido, por default, que uma dada varivel contida em um registrador de 16 bits do tipo WORD. Declarandose no cabealho, pode-se modificar o para o tipo INT. Para executar o processamento das instrues contidas no controle em questo, onde sero realizadas operaes aritmticas, necessrio que os dados envolvidos sejam, obrigatoriamente, do tipo INT e no WORD, pois as operaes aritmticas exigem um sistema de numerao sinalizado (com valores positivos e negativos). Essa modificao de tipo de dados feita pela instruo MOVE, que atribui um valor de uma varivel de entrada, para uma outra varivel, de sada, porm, sem modificar nenhum dos bits que compem o dado. A execuo dessa instruo faz carregar no registrador de nome Vel_Inv_Int a mesma composio de bits que h no registrador DT117, s que em Vel_Inv_Int o tipo dado assumido o tipo INT. Essa instruo encontra-se no passo 11 da tarefa INVERSOR, mostrada a seguir:

Agora que j vimos como o controlador toma conhecimento da Realimentao de Velocidade (Velocidade Atual) da bomba do coleiro, resta-nos saber como ele o faz, tambm, com respeito Referncia de Velocidade (Velocidade Desejada), para completarmos os requisitos de entrada de um sistema de controle automtico. Como vimos, para fazer o papel da informao de velocidade desejada devemos monitorar a velocidade do movimento da esteira de transporte. A velocidade do movimento da esteira, por sua vez, deve ser obtida por meio da contagem de pulos de um encoder instalado na esteira. Os pulsos do encoder so contados pelo programa do controlador programvel, por executarmos instrues especificas da funo Contador Rpido (ou Contador de AltaVelocidade) do Controlador Programvel. As instrues que realizam essa contagem se encontra na tarefa do programa denominada APLIC_COLA. Existe duas tarefas APLIC_COLA e elas so idnticas, porm, so tambm independentes, com cada uma comandando, especificamente, um dos dois Canais de Aplicao do Adesivo do equipamento. A tarefa APLIC_COLA no enfoca aqui, neste estudo e ser esmiuada em outra dissertao desta srie, denominada Comutao Rpida de Eletrovlvulas em Aplicadores Hotmelt. Entretanto, ser mostrada aqui a instruo que realiza a contagem de pulsos, pois dependemos dela no contexto do sistema de controle automtico da velocidade da bomba do coleiro, gerando a informao da Velocidade Desejada. A funo Contador de Alta Velocidade conta os pulsos do encoder que chegam a entrada X0, e quando a contagem atinge o valor alvo, liga e desliga a sada desejada. Para ativar uma sada quando o valor-alvo correspondido (atingido), usamos uma das duas instrues disponveis: instruo F166 (HC1S) para ligar a sada; instruo F167 (HC1R) desligar a sada.

Se desejvel, esta sada pode ser predefinida, para o estado ligado ou desligado, com o uso de instrues simples SET / RET. Andr Luis Lenz 18

Entenda que, de fato, sero duas, e apenas duas, as instrues de contagens de pulso em uma cada rotina APLIC_COLA: uma delas responsvel pela contagem de pulsos do encoder durante o intervalo de tempo em que a esteira de transporte est ligada mas o bico aplicador no est acionado; a outra conta os pulsos do encoder durante o intervalo de tempo em que a esteira de transporte est ligada e o bico aplicador est acionado, aplicando cola.

Essas duas instrues esto arranjadas para operar de modo encadeado alternado, em outras palavras, os pulsos so contados o tempo todo, nenhum pulso perdido. O resultado de contagem que usaremos como referncia de velocidade (velocidade desejada) obtido por meio da contagem de pulsos dentro de um intervalo de tempo tempo definido, ou seja, uma janela de tempo de amostragem, que fixamos em 200ms e que ocorre de modo recorrente, a cada intervalo de 1 s. Esta janela pode ser obtida, tanto durante o tempo da etapa de aplicao do adesivo quanto durante o intervalo de tempo de pr aplicao, mas no pode ser obtida, exatamente quando ocorre a transio de um tempo para o outro, uma vez que na transio que o contador sofre um reposicionamento de seu valor atual. Apenas para formar um quadro, imagine uma esteira que tenha uma velocidade linear de 2 m/s e que a relao de pulsos e com o encoder acoplado a uma rotao de 3600 rpm, ou seja 60 rps (rotaes /segundo) e que o encoder tenha uma resoluo de 200 ppr (pulsos/rotao), ou seja, 12000 pulsos/segundo, o que equivale a 24000 pulsos/m ou 24 pulsos/mm. Nesta taxa, em 200ms, que o intervalo de tempo da janela de amostragem, conseguiramos contar 4800 pulsos e esse valor indica a resoluo mxima com que conseguiremos controlar a velocidade da bomba do coleiro, dentro de uma faixa de operao, se ele fosse atribudo a uma varivel que possa convertlo para uma sada analgica. Se o inversor do motor da bomba operar sua sada de 15 at 60Hz, teremos 106,7 pulsos/Hz, de resoluo, para o controle. Isso muito mais do que o suficiente se considerarmos que o controle resultar, no numa sada analgica, mas, sim, em duas sadas do tipo On / Off, de comandos de Acelerar e Desacelerar. Para obter o valor de contagem da janela de amostragem, a rotina INVERSOR do controlador programvel faz uma leitura do valor atuais de contagem do contador de alta velocidade e salva esse valor (valor inicial). Decorridos 200ms a rotina Inversor volta a fazer uma nova leitura do valor atual de contagem do contador de alta velocidade e o salva tambm (valor final). A quantidade de pulsos contada durante a amostragem de 200ms igual a diferena entre as duas leituras, ou seja: Pulsos AMOSTRADOS =Valor final Valor inicial Se Pulsos AMOSTRADOS for negativo, o resultado deve, simplesmente, ser descartado e a rotina Inversor no deve fazer alterao alguma sobre a velocidade do inversor; Note que no existe sincronismo algum entre a rotina APLIC_COLA, que a que realiza a contagem de pulsos usando o contador de alta velocidade e a rotina INVERSOR, que apenas acessa e salva valores de contagem atual daquele mesmo contador. Se durante a ocorrncia de uma janela de amostragem, houver uma eventual comutao entre o intervalo de tempo de pr aplicao e o intervalo de tempo de aplicao de adesivo, o valor da contagem atual reposto, quebrando a sequencia de contagem que vinha em progresso. A probabilidade disso acontecer, 19

Andr Luis Lenz

aumenta com o aumento da velocidade do sistema esteira / bomba, todavia ainda assim, pequena o bastante para no comprometer a eficcia do controle. Se Pulsos AMOSTRADOS for zero, significa que a esteira est parada, e a rotina inversor deve comandar o inversor da bomba para que ele reduza a sua frequncia de sada (a frequncia mnima de sada do inversor da bomba de 15 Hz; Se Pulsos AMOSTRADOS for positivo, ai ento ele dever ser comparado com um dado que relativo ao valor da frequncia de sada atual do inversor do motor da bomba. Dessa comparao que resulta a deciso de acelerar, desacelerar ou manter a velocidade estvel.

A parte da rotina INVERSOR, que realiza o controle proposto apresentada a seguir: Lista de variveis:

Diagrama ladder:

continua

Andr Luis Lenz

20

6. Consideraes finais e agradecimentos: Esta dissertao faz parte de uma srie "Eletroeletrnica Industrial em Controle de Automticos", cuja lista de temas : 1- Rels de Estado Solido (SSR - Solid State Relays); 2-Acionamento de Aquecimento para Termofuso de Polmeros; 3- Acionamento Sincronizado de Mquinas (Coleiro + Esteira); 4- Polmeros Adesivos Termofundveis (Hot Melt); 5- Controle de Temperatura de Aquecimento em Multizonas; 6- Comutao Rpida de Eletrovlvulas em Aplicadores Hotmelt. Portanto, o assunto aqui abordado (Sincronizao de Mquinas (Coleiro + Esteira)) prosseguir, complementado, nas dissertao consequentes e subsequentes. Agradecimentos especiais empresa Priscell Ind. Com. Ltda., que me contratou como projetista e supervisor de montagens eletroeletrnicas, por um certo perodo nos anos de 2010/2011, me propiciando, assim, o aprimoramento do conhecimento tcnico e tecnolgico, essencial, que tornou esta dissertao possvel. 7. Referncias Bibliogrficas: FP Sigma User Manual (2003) Panasonic-Matsushita; M-MaxTM Series - Adjustable Frequency (2010) - Drive - Operation Manual EATON-MOELLER

Andr Luis Lenz

21