aplicações

Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável

s

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APLICAÇÕES


s

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100% 100%

1

½

Controles mecânicos requerem manutenção periódicaControles mecânicos requerem manutenção periódica

Mecanismos de controle de Mecanismos de controle de vazão/pressãovazão/pressão


s

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A4 A3

A2

Curva do sistema

A1

Curva característica da bomba

Potência consumida como controle da vazão, através de válvulas

Potê

nci

a (

kW

)

30

20

10

0

Alt

ura

m

an

om

étr

ica

(m)

40

160

120

80

40

0700 900 1200 1300 1500 1700 (m3 / h)

Q Vazão

nN

Controle de vazão através de Controle de vazão através de válvulasválvulas


s

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Economia de potência e correspondente economia de energia em comparaçãoao controle por válvulas

Curva característica da bomba

700 900 1200 1300 1500 1700 (m3 / h)

Q Vazão

Potê

ncia

(k

W)

30

20

10

0

Alt

ura

m

an

om

étr

ica (

m)

40

160

120

80

40

0

Potência consumidacom o acionamentode velocidade variável

Curva do sistema

B4

B3

B2

B1

nN

Controle de vazão através de Controle de vazão através de acionamentoacionamento

de velocidade / freqüência de velocidade / freqüência variáveisvariáveis


s

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Dados de entrada

custo da energiapotência a plena cargadias por anocusto do aparelho

% Fluxo horas

0 0

10 0

20 0

30 1

40 2

50 5

60 6

70 6

80 2

90 1

100 1

Total 24 horas

Custos da energia anual

inversor Siemenssistema mecânicoeconomiaR$ 4.835,00 R$ 13.977,00 R$ 9.142,00

% amortização/anoperíodo de pay-back

função do custofunção do custo

R$ 0,05/kWh 37 kW

365a definir

Diagrama de consumo de energia

cálculo de economia de energia programa MASTER SAVE

Master Save - Master Save - Software para Cálculo de Economia de Software para Cálculo de Economia de EnergiaEnergia


s

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Vantagens do acionamento de Vantagens do acionamento de velocidade variável em cargas velocidade variável em cargas

centrífugascentrífugas• Simplificação da rede de dutos do sistema com eliminação das válvulas de estrangulamento e “by-pass”

• Alívio da rede de dutos pela eliminação de altos choques de pressão

• Aumento da vida útil da bomba pela diminuição do desgaste mecânico devido à eliminação da contra-pressão

• Baixo nível de ruído

•Melhores rendimentos da bomba, ventiladores e compressores nas faixas de potência abaixo da nominal


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•Alívio da rede elétrica pois os acionamentos com velocidades variáveis partem com corrente e conjugado nominais,enquanto que os acionamentos com motores CA ligados diretamente à rede, partem com correntes da ordem de 5 a 6 vezes a nominal

• Tendo em vista que o fator de potência visto pela rede é aproximadamente igual a 1 (cos phi = 1), o consumo de potência reativa da rede é praticamente nulo

• Ótima adaptação da máxima velocidade do motor à bomba, ao ventilador ou ao compressor, através da liberdade na escolha da freqüência/velocidade do acionamento

Vantagens do acionamento de Vantagens do acionamento de velocidade variável em cargas velocidade variável em cargas

centrífugascentrífugas


s

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Operação com regulador PIDOperação com regulador PID

Este sistema garante, independente da necessidade, uma pressão de água de 50 psi (345 KPa)

Transdutor de Pressão

Válvula de comando

Motor1500 l/min

Bomba

MICRO/MIDIMASTER


s

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Operação PID Operação PID

P

I

D

M

Rampa

-

+

Seleção de entrada

SetpointScaling

P211,P212

P205 P206

P201

O processador PID permite um controle em malha fechada simples para variáveis como pressão, temperatura etc., sem componentes externos de controle

Motor

Processo

SensorP204

P202

P203,7

P208

P002,3

Amostragem Filtro


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Exemplos de Operação Exemplos de Operação PID PID

Inversor Motor ACTacogerador

Realimentação de velocidade

Controle de velocidade (resposta lenta)

Inversor

Realimentação de Pressão

Tubulação

Válvula

Motor e Ventilador

Transdutor de pressão

P201 Modo 1P202 Ganho P 20P203 Ganho I 0.2P204 Ganho D 0P205 Intervalo Amostragem 1P206 Filtro do Sensor 5P207 Valor Captura Integral5P208 Tipo de Sensor 0P210 Leitura do Sensor 40P211 Ponto de ajuste 0% 0P212 Ponto de ajuste 100% 80P220 Modo freq. mínima 0

P201 Modo 1P202 Ganho P 0.2P203 Ganho I 0.05P204 Ganho D 0P205 Intervalo Amostragem 1P206 Filtro do Sensor 0P207 Valor Captura Integral 100P208 Tipo de Sensor 0P210 Leitura do Sensor 20P211 Ponto de ajuste 0% 20P212 Ponto de ajuste 100% 100P220 Modo freq.mínima 0

Controle de pressão


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•Controle de uma máquina de fabricação Controle de uma máquina de fabricação de papelde papel

Maior produtividade

Menor manutenção

Redução de perdasna produção

Economia de energia elétrica

Inversor substituindo o variador eletromagnético

Inversor substituindo o variador eletromagnético


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Controle do ciclo de trabalho de um moinho de argila para a produção de pisos e

revestimentos cerâmicos


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Descrição do Caso A matéria-prima básica utilizada na produção de pisos e revestimentos cerâmicos é

a argila moída. O acionamento descrito neste caso se refere ao moinho que preparaa argila bruta para a produção.

A argila em pedaços é depositada no moinho. Em seu interior encontram-se seixosde dimensões diversas que efetivamente executam a moagem da argila quando omoinho está rodando, através do choque entre estes e as pedras de argila. Naaplicação original, o moinho gira em velocidade fixa, acionado por um motor elétricoligado em partida direta. Na partida, o torque requerido pela carga é muito altosolicitando altas capacidades de sobrecarga do motor devido à inércia do sistema eà deposição do material na parte mais baixa do interior do moinho.

No sistema convencional com velocidade fixa o moinho precisa girar poraproximadamente 8 horas para que as pedras de argila sejam totalmente moídas.Verifica-se que mesmo após estas 8 horas ainda se encontra resíduo de materialnão moído, limitando a produtividade da moagem. Verifica-se também que aeficiência da moagem depende da velocidade do moinho. Em alta rotação as pedrasde argila maiores são melhor moídas; em baixa rotação, a eficiência da moagem émelhor para a argila em grãos.

Chega-se à conclusão que se num ciclo de moagem o moinho operasse empatamares de velocidade variados, obter-se-ia uma maior eficiência e o tempo demoagem poderia ser reduzido.


s

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A SIEMENS sugere a colocação de um inversor de freqüência para controlar a velocidade domoinho. Associado ao inversor de freqüência, um CLP se encarregaria de comandar asmudanças de velocidade do moinho ao longo do ciclo de moagem.

A instalação de um inversor de freqüência Master Drives e um CLP Simatic

para

programação do ciclo de velocidades de operação traz ao sistema um considerável aumentode produtividade com um investimento pequeno, comparado ao de um novo moinho.

Inicialmente o moinho opera em alta rotação para quebrar as pedras de argila maiores;posteriormente a rotação é reduzida, para que a moagem da argila seja de maior rendimento,reduzindo o resíduo final. Um correto ajuste das velocidades e dos ciclos otimiza a moagem.

As seguintes vantagens foram verificadas:

Ciclo de moagem com variação de velocidade é em torno de 20% menor do que osistema com velocidade fixa: temos aumento de produtividade e economia de energia( 10 a 20%) elétrica;

A partida é suave e controlada: temos uma sensível redução da corrente de partida domotor e eliminam-se os trancos nos acoplamentos mecânicos, reduzindo a manutençãodo moinho;

Flexibilidade da moagem: dependendo do tipo de argila pode-se criar diversos ciclos deoperação distintos no CLP.

A solução SIEMENS e suas vantagens


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Controle de velocidade de uma linha de esmaltação de pisos e revestimentos

cerâmicos


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Um dos ramos da indústria cerâmica é responsável pela fabricação de pisos erevestimentos utilizados na decoração de residências.

A produção de pisos e revestimentos cerâmicos é dividida em diversas etapas, quevai desde a moagem da argila, prensagem do pó moído, cozimento, esmaltação,secagem do esmalte e embalagem do produto pronto. O produto passa por todasestas etapas conduzido por esteiras transportadoras através da linha de produção.

Na esmaltação os pisos e revestimentos ganham cor e desenhos, ou seja, sãodecorados através da deposição de camadas de esmalte, realizada por pequenascabines de aplicação de verniz e tinta.

Para que a decoração do piso seja de boa qualidade, a velocidade da linha deesmaltação deve ser a mais uniforme possível, o que quer dizer que uma vezajustada a velocidade da esteira transportadora não pode se alterar, pois corre-se orisco de borrar a decoração e a camada de verniz não ter uma espessura uniforme.

A esmaltação dá o acabamento ao piso e ao revestimento cerâmico

Descrição do Caso


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O controle de velocidade das esteiras que transportam os pisos e revestimentos pelalinha de esmaltação é realizado por motores elétricos trifásicos CA acopladosmecanicamente a dispositivos denominados variadores de velocidade mecânicos. Doistipos de variadores mecânicos são mais comumente encontrados: Variadores constituídos por conjunto polia e correia; Variadores constituídos por discos de fricção.

Os variadores mecânicos são acoplados a redutores de velocidade, correspondendoassim aos conjuntos que controlam a velocidade das esteiras.

Devido ao uso, os variadores de velocidade mecânicos acabam apresentandodesgaste nas peças que se atritam, alterando a velocidade da esteira transportadora eperdendo a exatidão dos ajustes. Isto obriga a realização de manutenções periódicascom conseqüente parada de produção. Em muitos casos verificou-se umaperiodicidade de manutenção corretiva em torno de dois meses. O custo das peçasque se desgastam é relativamente alto, chegando a valores entre US$ 500.00 eUS$ 1,000.00 por manutenção do variador.

Situação encontrada


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A SIEMENS sugeriu a retirada do variador de velocidade mecânico do conjunto controladorde velocidade, mantendo o motor acoplado diretamente ao redutor. Em seguida o motor foiconectado a um inversor de freqüência da série MICROMASTER fazendo o papel de variador develocidade.

Vantagens obtidas com a substituição:

Fim do desgaste de peças e da manutenção: devido às potências dos motores das linhas deesmaltação, o valor de um inversor de freqüência para estes motores fica muito próximo aocusto pago pela manutenção nos componentes mecânicos. Porém, com a colocação doinversor de freqüência o problema manutenção deixa de existir, o que torna a substituiçãoaltamente interessante. A produtividade é aumentada pois as paradas para manutenção dosvariadores são eliminadas.

Melhor acabamento dos pisos e revestimentos: sem o desgaste das peças a exatidão davelocidade nunca é alterada. Com isso, a qualidade da esmaltação é sensivelmente melhoradatrazendo grandes benefícios ao cliente.

Maior facilidade de ajuste de velocidade: a velocidade da esteira poderá ser ajustada tanto deforma manual como automaticamente, utilizando um controlador programável para comandar oinversor de freqüência. Com isso é possível alterar a velocidade de diversas esteirasconjuntamente e até sincronizá-las.

A solução SIEMENS e suas vantagens


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Instalação Típica - Transporte de Cerâmica

OverrideSwitch

MICROMASTER Vector

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3

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7

8

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17

9

Dout1 NC

Dout1 NO

Dout1 Com

Dout2 NO

Dout2 com

Aout+

Aout-

RS485P

RS485N

PTC1

PTC2

+10V

0V

Ain 1+

Ain1-

Ain2+

Ain2-

Din1

Din2

Din3

Din4

Din5

Din6

+15V

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25

14

15

SIMATIC S7-212

LightBarriers

Esteira com Produto

Motor

MachineControlPanel

4xDigital Inputs to PLC3xFixedFrequency1xEnableto Drive

1xSeptoint Output1xFault Outputfrom Drive

2xSensor Inputs to PLC

1xCurrent Output from Drive

U,V,W Phase Outputsand earth to Motor

Nome Valor Função

P002 0.1 Rampa de aceleração 0.1s

P003 0.1 Rampa de desaceleração 0.1s

P006 2 Freqüências Fixas

P007 0 Controle do Drive via entradas digitais

P009 3 Permite acesso a todos os parâmetros

P013 75.00 Freqüência Máxima de Saída 75.00Hz

P025 2 Saída Analógica: corrente no motor

P033 1.0 Rampa de J og Aceleração 1.0s

P034 1.0 Rampa de J og Desaceleração 1.0s

P041 25.00 Freqüência Fixa 1 = 25.00Hz




P052 16 Din 2 - Seleção de rampas

P053 17 Din 3 - Freqüências Fixas em

Codificação Binária 1 a 4

P054 17 Din 4 - Freqüências Fixas em

Codificação Binária 1 a 4

P356 4 Din 6 - OFF2 (entrada de habilitação)

P062 7 Setpoint do inversor alcançado

P077 3 Controle Vetorial Sensorless


s

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Exemplo típico de uma interconexãoExemplo típico de uma interconexão

lento

rápido

Estaçãodeembalagem

estação para fabricação degarrafas

transporte

estação de teste mediante ecografia

protocolo USS

Seleções

MICRO MASTER

SIEMENS

MICRO MASTER

SIEMENS

MICRO MASTER

SIEMENS

MICRO MASTER

SIEMENS

MICRO MASTER

SIEMENS

MICRO MASTER

SIEMENS

MICRO MASTER

SPS

comunicação serial

MICRO MASTER na fabricação de garrafas


s

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MICROMASTER -MICROMASTER -Aplicação em Linha de EngarrafamentoAplicação em Linha de Engarrafamento

•Planta Típica com Linha de Engarrafamento controlada por um SIMATIC e vários MICROMASTERs

•Muitas aplicações em várias indústrias.


s

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Utilização do PROFIBUS com MICROMASTERsUtilização do PROFIBUS com MICROMASTERs

Na aplicação nesta Cervejaria, os sistemas de controle muito complexos exigem altas taxas de transferência de dados e ajustes de velocidade precisos.

O uso do PROFIBUS com os MICROMASTERs possibilita exatamente isso.

Máquinas individuais (envasadoras, paletisadoras, acumuladoras, etc.) operam independentemente,mas comunicam-se a fim de garantir fluxo de produção sem problemas.


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16-Bit-Bus

um PC fornece a posição desejada ao equipamento de comando

Simatic S5-135U

SIEMENS

MICRO MASTER

SIEMENS

MICRO MASTER

SIEMENS

MICRO MASTER

MICRO MASTER

1

MICRO MASTER

7

MICRO MASTER

8 mesa para radioterapia

sinal analógico

Regulação da posição de equipamento paraRegulação da posição de equipamento pararadioterapia CDM com Micro Masterradioterapia CDM com Micro Master


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MIDIMASTER - Aplicação em BombeamentoMIDIMASTER - Aplicação em Bombeamento

• O Controlador PID embutido mantém a pressão constante na tubulação.

• Alta Freqüência de chaveamento garante baixo nível de ruído.

• Risco de danos à tubulação é reduzido graças às rampas controladas.


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Sistema de Extração de Sistema de Extração de FumaçaFumaça

•Um sistema de controle em malha fechada aciona o sistema de extração somente quando necessário, e em velocidades limitadas.

•Possibilita uma grande economia de energia e melhor controle do processo.


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Sistema de Ventilação - Sistema de Ventilação - Exaustor de Extração de 90kW.Exaustor de Extração de 90kW.

Um sistema de ventilação monitora os níveis de fumaça em uma fábrica e controla a velocidade do exaustor através do PID do MIDIMASTER.

Vantagens:

• Excelente sistema de controle simples.

• Grande potencial de Economia de energia.


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MIDIMASTER - MIDIMASTER - Aplicação em Central de AquecimentoAplicação em Central de Aquecimento

•Bomba para Sistema de Aquecimento Central em Escola Canadense.

•A economia de energia possibilita um retorno do investimento em 18 meses.

•Aplicação de 45kW / 575V.


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Ar Ar CondicionadoCondicionado

•Aplicação comum, com diversos drives.

•Unidades de ar condicionado para Centrais Telefônicas, como também para aplicações genéricas.

•Curva de operação do ventilador com alta inércia - Tempos de rampa longos e Regeneração.


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MIDIMASTER- Máquina de Embalar DocesMIDIMASTER- Máquina de Embalar Doces

•Inversor de 5.5kW controla a Embaladora.

•Máquina fabricada na Alemanha, instalada no Sudeste Asiático.

•Com o aumento da velocidade do motor é possível aumentar a produção.


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Controle de Porta de Elevador Controle de Porta de Elevador (protótipo).(protótipo).

•As portas abrem e fecham com diferentes velocidades e rampas, definidas por sensores nas portas.

•As portas são mantidas fechadas aplicando-se Torque em velocidade zero - motor sobredimensionado.

•Se o fechamento das portas é interrompido, elas devem reabrir rapidamente.


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Esteira de JoggingEsteira de Jogging

•Aplicação difícil devido ao carregamento por choques e exigências de Torque em baixas velocidades.

•MICROMASTER Vector melhor que o produto concorrente.


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Máquina de Máquina de FrisarFrisar

A velocidade da escova é variada a fim de proporcionar diferentes padrões e efeitos.

aplicações

Engineering