clp e inversor

UNIVERSIDADE VALE DO RIO DOCE - UNIVALE FACULDADE DE ENGENHARIA - FAENG

CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM MANUTENO INDUSTRIAL

CONTROLE DE EIXOS DE MQUINAS INDUSTRIAIS UTILIZANDO CLP E INVERSOR DE FREQNCIA

FILIPE TILA SANTOS PEREIRA GUTEMBERG BOTELHO MARCELO ROSRIO MAURELINO MENDES

GOVERNADOR VALADARES NOVEMBRO DE 2009

FILIPE TILA SANTOS PEREIRA GUTEMBERG BOTELHO

MARCELO ROSRIO MAURELINO MENDES


Monografia apresentada ao curso de Tecnologia em Manuteno Industrial da Universidade Vale do rio Doce - UNIVALE como requisito parcial para obteno do ttulo de Tecnlogo em Manuteno Industrial, sob a orientao do professor Robson Ferreira.


FILIPE TILA SANTOS PEREIRA GUTEMBERG BOTELHO

MARCELO ROSRIO MAURELINO MENDES


COMISSO EXAMINADORA

Professor: _____________________________________

Robson Ferreira (orientador)

Professor: _____________________________________

Cludio Humberto (coordenador)

Professor(a): _____________________________________


AGRADECIMENTOS

Agradecemos, primeiramente a Deus, nossa fonte de sabedoria e fora, aos nossos pais, pelos ensinamentos do que certo ou errado, a todos nossos familiares que nos apoiou durante o curso e sempre acreditaram em nossa vitria, aos nossos amigos e companheiros de faculdade pelo convvio e experincia trocadas, aos professores pelo ensinamento e dedicao, ao nosso orientador Robson Ferreira por ser exemplo a ser seguido, ao nosso coordenador Claudio Humberto J. de Souza pelo apoio e dedicao ao curso, a empresa Santher (Fbrica de Papel Santa Therezinha) pelo apoio durante o curso como doao e emprstimo de equipamentos para realizao dos projetos, a Universidade Vale do Rio Doce onde estamos aprendendo dia aps dia como ser um bom profissional.

RESUMO

A presente monografia tem como objetivo demonstrar que atravs de um CLP (Controlador Lgico Programvel), um Inversor de freqncia e um Motor de Induo Trifsico, vrias solues podem ser desenvolvidas para controle de velocidade, torque e posicionamento de eixos de mquinas industriais. O Controle de eixo de mquinas industriais de suma importncia para o bom desempenho de processos; sendo assim torna-se necessrio que se desenvolva vrias lgicas de controle utilizando um (ou mais) CLP para executar diversas funes de controle no Inversor de Freqncia de forma a controlar o Motor de Induo, tais como: Controle Vetorial, Controle Escalar, Controle de Torque, Controle de Posicionamento, Controle de Velocidade, Controle com Reverso Automtica, Tipos de Frenagens, etc. No projeto, o motor de induo trifsico ser acionado e controlado diretamente pelo inversor de freqncia alimentado por uma tenso de 220V trifsico; enquanto que o inversor de freqncia ser comandado diretamente pelas sadas digitais do CLP e em algumas demonstraes diretamente pelas suas teclas de controle frontais. No eixo do motor ser acoplada uma polia para que o pblico possa ver a rotao e os movimentos do motor. A programao do Inversor de freqncia ser realizada de forma direta pelas suas teclas e display frontal atravs de parmetros de controle. J a programao do CLP ser feita atravs do software de programao WinSup 2 da Empresa Atos, que utiliza a linguagem de programao Ladder.

ABSTRACT

This thesis aims to demonstrate that through a PLC (Programmable Logic Controller), a frequency inverter and a three phase induction motors, various solutions can be developed to control speed, torque and positioning axes of industrial machinery. The Axis Control of industrial machines is of utmost importance to the performance of processes, thus it is necessary to develop various control logic using one (or more) PLC to perform various control functions in the inverter frequency as control the induction motor, such as: Vector Control, Scale Control, Torque Control, Motion Control, Speed Control, Reversing Automatic Control, brake types, etc.. In the project, the three-phase induction motor is driven and controlled directly by the frequency converter fed by a voltage of 220V three-phase, whereas the frequency inverter is controlled directly by the outputs of the PLC and in some statements directly by their front control keys . The motor shaft is coupled to a pulley so that the public can see the rotation and movement of the motor. The programming of the inverter frequency will be performed directly by its keys and display via front control parameters. Since the programming of the PLC will be done through software programming WinSup 2 Company Atos, which uses the programming language Ladder.

RESUMEN

Esta tesis pretende demostrar que a travs de un PLC (Controlador Lgico Programable), un variador de frecuencia y tres motores de induccin de fase, varias soluciones pueden ser desarrolladas para controlar la velocidad, el par y los ejes de posicionamiento de maquinaria industrial. El control de ejes de mquinas industriales es de suma importancia para el desempeo de los procesos, por lo que es necesario desarrollar la lgica de control diferentes que usa uno (o ms) de PLC para realizar varias funciones de control en el inversor de frecuencia como de control del motor de induccin, tales como: control de vectores, Escala de Control, Control de Torque, Motion Control, Control de velocidad, de marcha atrs de Control Automtico, los tipos de frenos, etc. En el proyecto, los tres motores de induccin de fase es impulsada y controlada directamente por el convertidor de frecuencia alimentados por una tensin de 220 V en tres fases, mientras que el convertidor de frecuencia est controlada directamente por las salidas del PLC y, en algunos estados directamente por sus teclas de control frontal . El eje del motor est acoplado a una polea para que el pblico puede ver la rotacin y el movimiento del motor. La programacin de la frecuencia del inversor se llevar a cabo directamente por sus teclas y la pantalla a travs de parmetros de control frontal. Dado que la programacin de los PLC se har a travs de la programacin de software WinSup 2 Empresa Atos, que utiliza el lenguaje de programacin Ladder.

SUMRIO

INTRODUO.......................................................................................................................... 10

1 INVERSOR DE FREQNCIA ............................................................................................ 11 1.1 DEFINIO............................................................................................................. 11

1.1.1 PRINCIPAIS EMPRESAS FABRICANTES........................................... 12 1.1.1.1 INVERSORES WEG.................................................................. 12 1.1.1.2 INVERSORES SIEMENS.......................................................... 13 1.1.1.3 INVERSORES ABB................................................................... 14 1.1.1.4 INVERSORES ALLEN BRADLEY............................................. 14

1.1.2 INVERSORES MONOFSICOS.............................................................. 15 1.2 BLOCOS COMPONENTES DO INVERSOR....................................................... 16

1.2.1 UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO - CPU............................. 17 1.2.2 INTERFACE HOMEM-MQUINA IHM.................................................. 17 1.2.3 INTERFACES ANALGICAS E DIGITAIS............................................... 17 1.2.4 CIRCUITO DE POTNCIA....................................................................... 18

1.3 DIMENSIONAMENTO............................................................................................. 18 1.3.1 POTNCIA DO INVERSOR:.................................................................... 18 1.3.2 TIPOS DE INVERSORES........................................................................ 19

1.3.2.1 INVERSOR ESCALAR............................................................ 19 1.3.2.2 INVERSOR VETORIAL DE TENSO........................................ 20 1.3.2.3 INVERSOR VETORIAL DE FLUXO........................................ 21 1.3.2.4 DIFERENAS ENTRE INVERSORES ESCALARES X VETORIAIS DE FLUXO.........................................................................

22

1.3.3 MODELO E FABRICANTE.................................................................... 22 1.4 INSTALAO.......................................................................................................... 23

1.4.1 REDE DE ALIMENTAO LTRICA....................................................... 23 1.4.2 FUSVEIS DE PROTEO...................................................................... 23 1.4.3 CABOS..................................................................................................... 24 1.4.4 ATERRAMENTO E BLINDAGEM............................................................. 24

1.4.4.1 - CONSIDERAES PARA UM BOM ATERRAMENTO.......... 26 1.4.5 DISPOSITIVOS DE SADA....................................................................... 27

1.4.5.1 RELS TRMICOS................................................................ 27 1.4.5.2 REATNCIA DE SADA.......................................................... 28

2 CONTROLADOR LGICO PROGRAMVEL...................................................................... 29 2.1 EVOLUO HISTRICA DO CLP......................................................................... 30

2.1.1 EVOLUO DAS APLICAES DO CLP............................................... 32 2.1.2 VANTAGENS DO CLP............................................................................. 32

2.2 ARQUITETURA DO CLP........................................................................................ 32 2.2.1 UNIDADES BSICAS............................................................................... 33 2.2.2 UNIDADES DE ENTRADA....................................................................... 33

2.2.2.1 UNIDADE DE ENTRADA DIGITAL............................................ 34 2.2.2.2 TRANSDUTORES DIGITAIS..................................................... 34 2.2.2.3 TIPOS DE ENTRADAS DIGITAIS............................................. 35 2.2.2.4 UNIDADE DE ENTRADA ANALGICA..................................... 36 2.2.2.5 TRANSDUTORES ANALGICOS............................................. 37

2.2.3 UNIDADES DE SADA............................................................................. 37 2.3.3.1 UNIDADE DE SADA DIGITAL.................................................. 38 2.3.3.2 ATUADORES DIGITAIS............................................................ 38 2.3.3.3 UNIDADE DE SADA ANALGICA........................................... 39 2.3.3.5 ATUADORES ANALGICOS.................................................... 39

2.2.4 UNIDADE DE PROCESSAMENTO CENTRAL........................................ 39 2.2.4.1 MEMRIA BSICA OU FIRMWARE......................................... 40 2.2.4.2 MEMRIA DE DADOS.............................................................. 40 2.2.4.3 MEMRIA DE USURIO.......................................................... 41 2.2.4.4 WATCHDOG TIMER................................................................. 41 2.2.4.5 INTERFACE DE PROGRAMAO........................................... 41 2.2.4.6 INTERFACE HOMEM MQUINA.............................................. 41

2.3 PRINCPIOS DE FUNCIONAMENTO DO CLP...................................................... 42 2.3.1 CARACTERSTICAS................................................................................ 44 2.3.2 APLICAES.......................................................................................... 44

3 MOTOR DE INDUO TRIFSICO..................................................................................... 45 3.1 DEFINIO............................................................................................................ 45 3.2 FUNCIONAMENTO DO MOTOR DE INDUO TRIFSICO............................... 46 3.3 UTILIZAO EFICIENTE DO MIT......................................................................... 47 3.4 TIPOS DE MOTORES DE INDUO COM ROTOR BOBINADO E GAIOLA DE 48

ESQUILO...................................................................................................................... 3.4.1 MOTOR EM GAIOLA DE ESQUILO......................................................... 50

3.5 GAIOLA DE ALUMNIO.......................................................................................... 51 3.5.1 VANTAGENS DA GAIOLA DE ALUMNIO............................................... 52 3.5.2 VELOCIDADE DO ROTOR...................................................................... 52

3.6 CONTROLE DE VELOCIDADE DOS MOTORES DE INDUO.......................... 53 3.7 CONTROLE CONTNUO DE VELOCIDADE.......................................................... 54

4 CONTROLE DE EIXOS 55 4.1 DESCRITIVO DO PROJETO.................................................................................. 55

4.1.1 INTRODUO DO PROJETO................................................................. 55 4.1.2 DESENVOLVIMENTO DO PROJETO..................................................... 56 4.1.3 CONCLUSES APS APRESENTAO............................................... 56

4.2 INVERSOR DE FREQNCIA POWER FLEX 40................................................. 57 4.2.1 PACOTE FLEXVEL E OPES DE MONTAGEM................................. 58 4.2.2 PARTIDA E OPERAO SIMPLES......................................................... 58 4.2.3 SOLUES VERSTEIS DE PROGRAMAO E DE REDE................ 58 4.2.4 TABELA DE PARMETROS PARA CONTROLE DE EIXOS................ 59

4.3 CONTROLADOR LGICO PROGRAMVEL ATOS - MPC4004.......................... 59 4.3.1 A1 / WINSUP FERRAMENTAS DE PROGRAMAO......................... 60

CONCLUSO........................................................................................................................... 63

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS........................................................................................ 65

10

INTRODUO

A presente monografia tem como objetivo demonstrar a importncia do controle de eixos de mquinas industriais, e mostrar que um CLP (Controlador Lgico Programvel) em conjunto com um Inversor de Freqncia pode ser utilizado para realizar as devidas funes de controle, j que outros equipamentos tambm so utilizados para estes fins.

Quando falamos em controle de eixos, falamos em: controle de velocidade, controle de posicionamento e controle de torque, que so fatores de extrema importncia no ambiente industrial, j que a maioria das mquinas industriais exige variao de velocidade.

Para tanto, principia-se no captulo 1, o estudo sobre o Inversor de Freqncia que equipamento verstil e dinmico para controle de velocidade de motores de induo. Este captulo contm a definio, princpios bsicos, funcionamento, aplicaes e partes constituintes do Inversor.

No captulo 2, estuda-se sobre o CLP, que um aparelho eletrnico digital que utiliza uma memria programvel para armazenar internamente instrues e para implementar funes especficas, tais como: lgica, seqenciamento, temporizao, contagem e aritmtica, controlando, por meio de mdulos de entradas e sadas, vrios tipos de mquinas ou processos. Este captulo contm a definio, evoluo histrica, funcionamento, aplicaes e partes constituintes do CLP.

A introduo sobre Motor de Induo Trifsico, Captulo 3 diz que o motor eltrico construdo de tal maneira que se tm campos magnticos girantes, e corresponde a 50% da carga eltrica industrial.

O Quarto, e ltimo captulo, so referentes apresentao da montagem prtica do projeto, abordando temas sobre os equipamentos utilizados, j que o trabalho ser apresentado tambm de forma prtica.

A presente Monografia se encerra com as Consideraes Finais, onde sero apresentadas as concluses decorrentes do projeto e suas aplicaes.

11

1 INVERSOR DE FREQNCIA

Com a busca por melhores desempenhos e aumento da vida til de motores, reduo da temperatura e corrente de partida, etc., os inversores de freqncia ganharam espao no mercado de trabalho, visando solucionar as necessidades dos consumidores.

1.1 DEFINIO

O inversor de freqncia, tambm conhecido como conversor de freqncia, so dispositivos eletrnicos que convertem a tenso da rede alternada senoidal, em tenso contnua e finalmente convertem esta ltima, em uma tenso de amplitude e freqncia variveis. Em poucas palavras so equipamentos de baixo custo para o controle da velocidade de motores de induo trifsicos.

Fonte: Wikipdia, a enciclopdia livre. http://pt.wikipedia.org/wiki/Conversor_de_frequ%C3%AAncia

A denominao Inversor ou Conversor bastante controversa, sendo que alguns fabricantes utilizam Inversor e outros Conversor. O Inversor de Freqncia, tem na sua entrada um bloco retificador, o circuito intermedirio composto de um banco de capacitores eletrolticos e circuitos de filtragem de alta freqncia e finalmente o bloco inversor, ou seja, o inversor na verdade um bloco composto de transistores IGBT, dentro do conversor. Na indstria, entretanto, ambos os termos so imediatamente reconhecidos, fazendo aluso ao equipamento eletrnico de potncia que controla a velocidade ou torque de motores eltricos.

Eles so usados em motores eltricos de induo trifsicos para substituir os rsticos sistemas de variao de velocidades mecnicos, tais como polias e variadores hidrulicos, bem como os custosos motores de corrente contnua pelo

12

conjunto motor assncrono e inversor, mais barato, de manuteno mais simples e reposio profusa.

Os inversores de freqncia costumam tambm atuar como dispositivos de proteo para os mais variados problemas de rede eltrica que se pode ocorrer, como desbalanceamento entre fases, sobrecarga, queda de tenso, etc.

Normalmente, os conversores so montados em painis eltricos, sendo um dispositivo utilizado em larga escala na automao industrial. Podem trabalhar em interfaces com computadores, centrais de comando, e conduzir, simultaneamente, dezenas de motores, dependendo do porte e tecnologia do dispositivo.

1.1.1 PRINCIPAIS EMPRESAS FABRICANTES

A seguir exibimos as principais empresas fabricantes do inversor de freqncia junto aos seus principais inversores j lanados no mercado.

1.1.1.1 Inversores WEG

Os inversores de Freqncia WEG incorporam a mais avanada tecnologia disponvel mundialmente para variao de velocidade em motores de induo trifsicos. A figura 1 ilustra o inversor CFW 11 da WEG.

Figura 1 - Inversor de Freqncia CFW 11

O manual do Inversor CFW11 est disponvel para download no link a seguir:(http://www.weg.net/br/Produtos-e-Servicos/Geral/Central-de-Downloads/Resultado-da-

13

Busca/(byURL)/br%7CProdutos-e-Servicos%7CAutomacao%7CDrives%7CInversor-de-Frequencia-CFW-11/(group)/1)

1.1.1.2 Inversores SIEMENS

A Famlia de inversores de freqncia Micromaster 4, foi especialmente desenvolvida pela Siemens enfocando a mais alta qualidade tcnica, extrema robustez e ampla flexibilidade de funes. Cada membro da famlia MM4, que atende a faixa de 0,16 a 350cv, caracterizado pelo seu manuseio simples: desde a instalao e o comissionamento at o controle da operao.

A figura 2 ilustra o inversor Micromaster 440 da Siemens;

Figura 2 - Inversor de Freqncia Micromaster 440

O manual do Inversor Micromaster 440 est disponvel para download no link a seguir:(http://www.siemens.com.br/templates/v2/templates/TemplateD.Aspx?channel=9336) 1.1.1.3 Inversores ABB

14

Os inversores de freqncia ABB para maquinaria em geral so fabricados para o sector de produo de maquinaria. Na produo em srie, o tempo consumido por unidade crtico. O inversor de freqncia foi fabricado para ser o inversor mais rpido em termos de instalao, definio de parmetros e comissionamento. O produto bsico foi feito de forma a ser o mais simples de utilizar, no entanto fornecido com elevadas potencialidades. Os inversores de freqncia ABB oferece diversas funcionalidades para satisfazer as necessidades mais exigentes.

A figura 3 ilustra o inversor ACS 550 da ABB;

Figura 3 - Inversor de Freqncia ACS 550

O manual do Inversor ACS 550 est disponvel para download no link a seguir: (http://library.abb.com/global/scot/scot201.nsf/veritydisplay/1cc14075a3a65150c1257315002c9a35/$File/PT_ACS550_01_UM_F_screenres.pdf)

1.1.1.4 Inversores ALLEN BRADLEY

Como fornece aos usurios um controle potente de velocidade do motor em um projeto compacto com economia de espao, o inversor PowerFlex 40 CA Allen-

15

Bradley o menor e mais acessvel inversor da famlia PowerFlex. Ideais para controle de velocidade no nvel de mquina, estes produtos oferecem versatilidade de aplicao para atender as demandas dos OEMs globais e dos usurios que precisam de flexibilidade, economia de espao e facilidade de uso.

A figura 4 ilustra o inversor Power Flex 40 da ALLEN BRADLEY.

Figura 4 - Inversor de Freqncia Power Flex 40

O manual do Inversor Power Flex 40 est disponvel para download no link a seguir: http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/public/documents/webassets/browse_results.hcst?lineTitle=PowerFlex%2040&familyTitle=Component%20Class%20AC%20Drives&categoryTitle=Drives%20(Allen-Bradley)&xLanguage=EN%20- %20English&CategoryId=2622&FamilyId=3704&passedLangVal=EN%20-%20English

1.1.2 INVERSORES MONOFSICOS

Alm dos inversores trifsicos, temos tambm o Inversor de Freqncia monofsico. Este inversor alimentado por apenas duas fases ou uma fase e um neutro, fornecendo uma sada trifsica. O inversor monofsico utilizado em aplicaes onde no existe rede trifsica. Geralmente os inversores de freqncia monofsicos so de baixa potncia. importante ressaltar que alguns inversores trifsicos aceitam alimentao com apenas duas fases.

O funcionamento do inversor de freqncia monofsico no difere muito do inversor trifsico. A diferena que na etapa inicial, em vez de ser uma retificao trifsica, monofsica, utilizando quatro diodos semicondutores em vez de seis.

16

A figura 5 ilustra o inversor monofsico ACS140 da ABB:

Figura 5 Inversor monofsico ACS140

O manual do Inversor ACS 140 est disponvel para download no link a seguir:http://www.abb.com/AbbLibrary/DownloadCenter/?showresultstab=true&browsecategory=9AAC200728&queryText&accessgroup&languagecode&documentkind&update&displayVersion=islatest&content=external

1.2 BLOCOS COMPONENTES DO INVERSOR

Para entender o funcionamento de um inversor de freqncia, necessrio, antes de mais nada, saber a funo de cada bloco que o constitui. Ele ligado na rede, podendo ser monofsica ou trifsica, e em sua sada h uma carga que necessita de uma freqncia diferente da rede. Para tanto, o inversor tem como primeiro estgio, um circuito retificador, responsvel por transformar a tenso alternada em contnua, aps isso a um segundo estgio capaz de realizar o inverso, ou seja, de CC para CA (conversor), e com a freqncia desejada pela carga.

A figura 6 ilustra o diagrama de blocos do inversor de freqncia:

17

Figura 6: diagrama de blocos do inversor de freqncia:

1.2.1 UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO - CPU

O bloco da CPU, de um inversor de freqncia pode ser formado por um micro processador ou por um micro controlador (PLC). Isso depende apenas do fabricante. De qualquer forma, nesse bloco que todas as informaes (parmetros e dados do sistema) esto armazenadas, visto que tambm uma memria est integrada a esse conjunto. A CPU no apenas armazena os dados e parmetros relativos aos equipamentos, como tambm executa a funo mais vital para o funcionamento do inversor: Gerao dos pulsos de disparo, atravs de uma lgica de controle coerente, para os IGBTs.

1.2.2 INTERFACE HOMEM MQUINA - IHM

O bloco da IHM um dispositivo que nos permite visualizar o que est ocorrendo no inversor atravs do seu display de LCD, e parametriz-lo de acordo com a aplicao desejada atravs de suas teclas de programao.

1.2.3 INTERFACES ANALGICAS E DIGITAIS

18

Os inversores podem ser comandados atravs de dois tipos de sinais: Analgicos ou digitais. Normalmente, quando queremos controlar a velocidade de rotao de um motor AC no inversor, utilizamos uma tenso analgica de comando. Essa tenso se situa entre 0 10 Vcc. A velocidade de rotao (RPM) ser proporcional ao seu valor, por exemplo: 1 Vcc = 1000 RPM, 2Vcc = 2000 RPM.

Para inverter o sentido de rotao basta inverter a polaridade do sinal analgico (de 0 10 Vcc sentido horrio, e 10 0 Vcc sentido anti-horrio). Esse o sistema mais utilizados em mquinas-ferramenta automticas, sendo que a tenso analgica de controle proveniente do controle numrico computadorizado (CNC). Alm da interface analgica, o inversor possui entradas digitais. Atravs de um parmetro de programao, podemos selecionar qual entrada vlida (Analgica ou digital). 1.2.4 CIRCUITO DE POTNCIA

A etapa de potncia constituda por um circuito retificador, que alimenta (atravs de um circuito intermedirio chamado barramento DC). Neste circuito retificador utilizado o semicondutor chamado IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) que o Transistor Bipolar de Porta Isolada, freqentemente utilizado como uma chave, alternando os estados de conduo (On-state) e corte (Off-state) os quais so controlados pela tenso de porta.

1.3 DIMENSIONAMENTO DE INVERSORES

Para a escolha do inversor devemos saber: o modelo, o tipo e a potncia do inversor de acordo com a necessidade de utilizao do mesmo, bem como a potncia do motor a ser controlado.

1.3.1 POTNCIA DO INVERSOR

19

Para calcularmos a potncia do inversor, temos que saber qual o motor (e qual carga) ele acionar. Normalmente a potncia dos motores dada em CV ou HP. Basta fazer a converso em watts, por exemplo:

Rede eltrica = 380Vca Motor = 1 HP Aplicao = Exaustor industrial

Clculos: 1HP = 746W. Portanto, como a rede eltrica de 380Vca e os inversores

(normalmente) possuem fator de potncia igual a 0,8 (cos = 0,80), teremos: I = Corrente do inversor P = Potncia em Watts Tenso na rede cos

I = 746 / (380 x 0,8) = 2,45 A

Tenso de entrada = 380 Vca (arredondando 2,45 para cima)

1.3.2 TIPOS DE INVERSORES

A maioria dos inversores utilizados do tipo escalar (ou seja, s controlam a velocidade e no o torque, por isso so mais baratos). S utilizamos o tipo vetorial em duas ocasies: Extrema preciso de rotao, torque elevado para rotao baixa ou zero (guindastes, pontes rolantes, elevadores, etc).

1.3.2.1 Inversor Escalar

Em linhas gerais, podemos dizer que os inversores escalares so fontes de alimentao com valores de tenso/freqncia pr-determinados dentro de toda a faixa de variao de velocidade, como apresentado no grfico da figura 7.

20

Figura 7- Grfico do Inversor Escalar

Existem curvas V/F prontas, destinadas a aplicaes mais comuns, como curvas quadrticas para bombas e ventiladores e curvas com alto torque de partida. Tambm existe a possibilidade de programao dos valores da curva V/F possibilitando a sua adaptao a cargas especiais.

Considerando-se que o torque no eixo do motor proporcional relao V/F, os inversores escalares iro disponibilizar ao motor torques pr-determinados, no compensando as necessidades de torques adicionais requeridas por determinadas aplicaes. A compensao de torque principalmente em baixas rotaes normalmente realizada atravs da programao da curva V/F.

Se elevarmos o valor da relao V/F, elevando-se, portanto a disponibilidade de torque no motor. Tal efeito normalmente denominado de Reforo de Torque para baixas rotaes, ou Torque Boost em ingls.

1.3.2.2 Inversor Vetorial de Tenso

Nos controles vetoriais de tenso, a tenso no motor calculada pelo programa do inversor e compensa em parte os conjugados no rotor. Umas das tcnicas de fazer o controle vetorial de tenso manter o escorregamento constante. Esse controle melhora a eficincia do motor pois ele trabalha com tenses menores quando o conjugado menor que o nominal, comparado-se com inversores escalares.

21

Alguns inversores escalares possuem um algoritmo incorporado ao software o qual aumenta a tenso independentemente da freqncia, de forma a compensar "em parte" as solicitaes de torque do motor, este sistema normalmente denominado de Controle Vetorial da Tenso.

Apesar da Curva V/F ser pr-fixada, os inversores escalares dispem de funes adicionais capazes de influir sobre a curva V/F, hora sobre o valor da tenso, hora sobre o valor da freqncia, proporcionando melhor performance do motor.

Funes como a de compensao de Escorregamento, aumentam a freqncia de sada na mesma proporo da elevao de corrente de motor, acima da corrente de vazio, compensando a queda de velocidade devido ao escorregamento.

Funes como a de Economia de Energia, reduzem a tenso de sada do inversor quando a carga reduzida melhorando a eficincia do motor e economizando energia eltrica.

1.3.2.3 Inversor Vetorial de Fluxo

Os inversores com controle vetorial de fluxo mantm o fluxo magntico no motor constante. Diferente do controle vetorial de tenso em que o conjugado controlado pelo escorregamento, o campo diretamente proporcional ao conjugado no rotor.

Os Inversores Vetoriais de Fluxo produzem uma sada trifsica com tenso(V) e freqncia (F) controladas independentemente, no seguindo uma curva V/F pr fixada.

A idia manter o fluxo magntico do motor constante e controlar diretamente o torque do eixo do motor controlando-se a corrente rotrica do mesmo.

Os Inversores Vetoriais de Fluxo possuem dois controladores, um controla a corrente de magnetizao e o outro a corrente do motor. O torque no motor ser imposto e controlado diretamente, ao contrrio dos Inversores Escalares onde o torque conseqncia do escorregamento do motor.

Os inversores Vetoriais de Fluxo esto divididos em duas categorias: com e sem realimentao. A realimentao ou "Feedback", permite "enxergar" o

22

movimento do eixo do motor possibilitando controlar a velocidade com alta preciso e tambm o torque em velocidade zero. A operao com realimentao tambm conhecida como controle de malha fechada e sem realimentao como controle de malha aberta. A realimentao realizada utilizando um gerador de pulsos, tambm conhecido com "Encoder". Alguns equipamentos permitem a utilizao dos dois modos, sendo necessrio uma placa opcional para a operao de malha fechada.

A operao de malha aberta, ou sem realimentao tambm conhecida como "SensorLess", nesse caso o algoritmo de controle torna-se mais complexo pois o inversor deve calcular atravs de artifcios matemticos a velocidade real e o escorregamento do motor. A operao sem realimentao possui performance inferior operao com realimentao.

Os Inversores Vetoriais de Fluxo necessitam da programao de todos os parmetros do motor como, resistncias eltricas, indutncias, correntes nominais do rotor e estator, dados esses normalmente no encontrados com facilidade. Para facilitar o set-up, alguns inversores dispem de sistemas de ajustes automticos tambm conhecidos como "Auto-tunning", no sendo necessrio a pesquisa de dados sobre o motor.

1.3.2.4 Inversores Escalares x Vetoriais de Fluxo

A principal diferena entre os inversores Escalares e Vetoriais de Fluxo deve-se a capacidade dos inversores vetoriais de fluxo de imporem o torque necessrio ao motor, de forma precisa e rpida permitindo uma elevada velocidade de resposta dinmica a variaes bruscas de carga.

Com Inversores Escalares necessria a queda de velocidade para aumento do torque, ou seja, o torque produzido no motor proporcional ao escorregamento. Nos inversores Vetoriais de Fluxo no existe praticamente reduo de velocidade para aumento do torque, visto que o inversor ir impor uma tenso e uma freqncia adequada para compensar a queda de velocidade e impor o torque necessrio carga. Em algumas aplicaes necessrio que o motor trabalhe com folga de tenso visto que os inversores vetoriais de fluxo impem o torque elevando a tenso sobre o motor. Caso a velocidade de trabalho seja a nominal e a regulao

23

seja crtica, necessrio utilizar um motor com tenso nominal menor que a rede, como forma de obter-se a folga necessria para a regulao.

1.3.3 MODELO E FABRICANTE

Para escolher o modelo, basta consultarmos os catlogos dos fabricantes, ou procurar um que atenda as seguintes caractersticas mnimas como no caso do exemplo abaixo:

Tenso de entrada = 380 Vca Tipo = escalar

Quanto ao fabricante o preo deve determinar a escolha. Os mais encontrados nas indstrias so : Siemens, Weg, YasKawa, ABB, Allen Bradley, GE (Fanuc), etc.

1.4 INSTALAO

Este tpico tem como objetivo apresentar os componentes e informaes gerais necessrias para a instalao de um inversor de freqncia. A utilizao de cada componente depender de cada caso particular.

1.4.1 REDE DE ALIMENTAO ELTRICA

Os inversores so projetados para operar em redes de alimentao simtricas. A tenso entre fase e terra deve ser constante, se por algum motivo esta tenso varia, por exemplo, pela influncia de algum outro equipamento ligado a rede, ser necessrio colocar um transformador de isolao.

1.4.2 FUSVEIS DE PROTEO

24

Os inversores geralmente no possuem proteo contra curto-circuito na entrada, sendo assim, responsabilidade do usurio colocar fusveis para proteo. Estes so normalmente especificados na documentao tcnica.

1.4.3 CABOS

Os sinais eltricos transmitidos pelos cabos podem emitir radiao eletromagntica e tambm podem absorver radiao (se comportam como antenas) provocando falsos sinais que prejudicaro o funcionamento do equipamento. assim que existem cabos especiais com blindagem para minimizar este tipo de interferncias. Os inversores WEG possuem boa imunidade a interferncia eletromagntica externa. necessrio, porm seguir estritamente as instrues de instalao (ex.: o gabinete precisa ser aterrado). Se perto do equipamento houver contatores, ser necessrio instalar supressores de transientes nas bobinas dos contadores.

O cabo de conexo do inversor com o motor uma das fontes mais importantes de emisso de radiao eletromagntica. Sendo assim necessrio seguir os seguintes procedimentos de instalao:

Cabo com blindagem e fio-terra; como alternativa pode ser usado um eletroduto metlico com fiao comum interna;

Blindagem ou eletroduto metlico deve ser aterrado; Separar dos cabos de sinal, controle e cabos de alimentao de

equipamentos sensveis; Manter sempre continuidade eltrica de blindagem, mesmo que

contatores ou rels trmicos sejam instalados entre conversor e o motor. J os Cabos de Sinal e Controle devem ter os seguintes procedimentos: Cabo blindado aterrado ou eletroduto metlico aterrado; Separao da fiao de potncia; Caso necessrio, cruzamento de cabos faz-lo a 90; Caso necessrio seguirem na mesma canaleta, usar separador

metlico aterrado.

1.4.4 ATERRAMENTO E BLINDAGEM

25

O aterramento de um equipamento de extrema importncia para o seu correto funcionamento, devido a segurana e a blindagem eletromagntica. Todas as partes condutoras de um equipamento eltrico que podem entrar em contato com o usurio, devem ser aterradas para proteger os mesmos de possveis descargas eltricas. Quando um equipamento est corretamente aterrado, toda a parte condutora que podem entrar em contato com o usurio tem que ter uma diferena de potencial de 0 volts a respeito do aterramento. A blindagem dos equipamentos realizada normalmente com placas metlicas formando um gabinete ou caixa. Estas devem estar ligadas umas as outras atravs de materiais condutores e todas corretamente aterradas.

A figura 8 ilustra um exemplo de blindagem:

Figura 8 - Aterramento e Blindagem

26

1.4.4.1 - Consideraes para um bom aterramento

As principais consideraes para um bom aterramento dos inversores so: Utilizar aterramento em um nico Ponto; Utilizar Filtro + conversor + motor. (ver figura 9); O motor pode tambm ser aterrado na estrutura da mquina

(segurana); Nunca utilizar neutro como aterramento; No compartilhe a fiao de aterramento com outros equipamentos que

operem altas correntes (motores de alta potncia, mquina de solda, etc); A malha de aterramento deve ter uma resistncia menor que 10 Ohms; Recomenda-se usar filtros RC em bobinas de contatores, solenides

ou outros dispositivos similares em alimentao CA; Em alimentao CC usar diodo de roda livre. Conexo de Resistores

de Frenagem Reosttica; Utilizar cabos com blindagem aterrada ou eletroduto metlico aterrado

separado dos demais; A rede eltrica deve estar referenciada ao terra (neutro) aterrado na

subestao). A figura 9 ilustra um exemplo de aterramento e blindagem em um sistema

inversor / motor:

27

Figura 9 Instalao de Equipamentos aterrados ao mesmo ponto

1.4.5 DISPOSITIVOS DE SADA

Os dispositivos de sada do projeto desenvolvido so: Rels Trmicos, Reatncia de Sada.que permitem o bom funcionamento do controle de eixos. 1.4.5.1 Rels Trmicos

Os inversores possuem normalmente proteo contra sobre-correntes que tem como finalidade proteger o motor. Quando mais de um motor acionado pelo mesmo inversor ser necessrio colocar um rel trmico de proteo em cada motor. Como o sinal de sada do inversor chaveado a altas freqncias, podem

28

acontecer disparos nos rels, mesmo sem estes terem atingido a corrente nominal de disparo. Para isto no acontecer necessrio aumentar a corrente de disparo do rel em aproximadamente 10% da corrente nominal do motor.

A figura 10 ilustra o Rel Trmico:

Figura 10 - Rel Trmico

1.4.5.2 Reatncia de Sada

Quando a distncia entre motor e inversor grande (valor dependente do tipo de motor utilizado) podem ocorrer:

Sobre-tenses nos motores produzidas por um fenmeno chamado de onda refletida;

Gerao de capacitncias entre os cabos de potncia que retornam para o inversor produzindo o efeito de fuga a terra, bloqueando o inversor.

Este tipo de problemas pode ser solucionado utilizando uma reatncia entre o motor e o inversor. Esta reatncia deve ser projetada especialmente para altas freqncias, pois os sinais de sada do inversor possuem freqncias de at 20 kHz.

A figura 11 ilustra uma reatncia de sada:

Figura 11 - Reatncia de sada

29

2 CONTROLADOR LGICO PROGRAMVEL

Controladores Lgicos Programveis - CLP so equipamentos eletrnicos normalmente baseados em microprocessadores, que usam uma memria programvel para armazenamento de instrues com funes de: lgica, seqenciamento, temporizao, contagem, controle PID, intertravamentos, operaes aritmticas, etc; destinados a comandar e monitorar mquinas ou processos industriais atravs de mdulos de entradas/sadas analgicos ou digitais.

Um controlador lgico programvel difere de equipamentos convencionais para controles industriais pela tcnica de programao utilizada e pelo modo seqencial de execuo das instrues. O software desenvolvido pelo fabricante, tambm caracteriza uma diferena fundamental. Este software realiza funes de acesso ao hardware, diagnsticos, comunicaes, histricos e determina o funcionamento do controlador em um modo de operao dedicado (ciclo de varredura) e totalmente transparente para o usurio.

A segunda distino que os CLPs foram especificamente projetados para operar em ambientes industriais. Um CLP pode operar em reas com quantidades substanciais de rudos eltricos, interferncias eletromagnticas, vibraes mecnicas, temperaturas elevadas e condies de umidade adversas, conforme especificao de cada fabricante.

A figura 12 ilustra o diagrama de blocos do CLP.

Figura12 Diagrama de blocos do CLP

30

2.1 EVOLUO HISTRICA DO CLP

Os Controladores Lgicos Programveis foram desenvolvidos no final dos anos 60, com a finalidade de substituir painis de rels em controles baseados em lgicas combinacional / seqencial, em linhas de montagem nas indstrias de manufatura, principalmente automobilstica, sendo progressivamente adotados pelas indstrias de processos.

O critrio do projeto para o primeiro controlador foi especificado em 1968 por uma diviso da General Motors Corporation. O objetivo inicial era eliminar o alto custo associado com os sistemas controlados a rels. As especificaes iniciais requeriam um sistema de estado slido com a flexibilidade do computador, capaz de suportar o ambiente industrial, ser facilmente programado e reprogramado, manuteno fcil e por ltimo facilmente expansvel e utilizvel. J os painis de controle a rels necessitavam modificaes na fiao, o que muitas vezes era invivel, tornando-se mais barato simplesmente substituir todo painel por um novo. Portanto, os CLPs permitiram transferir as modificaes de hardware para modificaes no software.

Pelo fato de substiturem os painis de rels no controle discreto, foram chamados de Controladores Lgicos Programveis CLP (Programmable Logic Controllers PLC).

Com o sucesso de uso de CLPs na indstria, a demanda por novas funes e maior capacidade aumentou consideravelmente. Os equipamentos cresceram em poder de processamento, nmero de entradas e sadas (I/O), e novas funes. Entretanto, estes controladores ainda usavam lgica discreta e s eram utilizadas na indstria, pois seus custos tornaram inviveis em outras aplicaes (automao predial, por exemplo).

A partir de 1970, com o advento da tecnologia de microprocessadores, os controladores passaram ter uma grande capacidade de processamento e alta flexibilidade de programao e expanso. Entre outras caractersticas citamos: realizar operaes aritmticas com ponto decimal flutuante, manusear dados e se comunicar com computadores. Desta forma, os CPs atuais podem atuar tanto em controle discreto como automao de manufatura, onde as mquinas apresentam

31

aes automticas e podem atuar em controle contnuo, como: processos qumicos e siderrgicos, com caractersticas primordialmente analgicas.

Portanto atualmente, os controladores so bem mais complexos e no executam somente lgica do tipo: E e OU, motivo pelo qual passaram a ser chamados apenas de Controladores Programveis CPs.

O sistema utilizado para programar o controlador era um dispositivo dedicado e acondicionado em uma maleta porttil, chamada de maleta de programao, de forma que podia ser levada para campo a fim de alterar dados e realizar pequenas modificaes no programa. O sistema de memria do controlador no permitia facilidades de programao por utilizar memrias do tipo EPROM.

Inovaes no hardware e software entre 1975 e 1979 proporcionaram ao controlador maior flexibilidade e capacidade de processamento. Isto significou aumento na capacidade de memria e de entradas/sadas remotas, controle analgico, controle de posicionamento, comunicaes, etc. A expanso de memria permitiu um programa de aplicao maior e uma maior quantidade de dados de forma que os programas de controle no ficassem restritos lgica e seqenciamento, mas tambm realizassem aquisio e manipulao de dados. Com o desenvolvimento do controle analgico, o controlador programvel preencheu o gap entre controle discreto e controle contnuo.

Os custos com fiao foram reduzidos significativamente com a capacidade do controlador de comunicar-se com subsistemas de entrada/sada localizados em pontos remotos, distante da unidade central de processamento e perto do equipamento a ser controlado. Ao invs de trazer centenas de fios para o armrio do CP, os sinais dos subsistemas podem ser multiplexados e transmitidos por um nico par de fios tranados. Esta tcnica permitiu a reestruturao de grandes sistemas em pequenos subsistemas melhorando a confiabilidade, manuteno e partida gradual do subsistema principal.

Atualmente, existem vrios tipos de controladores, desde pequena capacidade at os mais sofisticados, realizando operaes que antes eram consideradas especficas para computadores. A evoluo do hardware conduziu a melhorias significativas nas caractersticas do controlador.

Existe hoje uma forte tendncia utilizao de pequenos controladores programveis, controlando processos independentes e comunicando-se com outros controladores e com sistemas supervisrios.

32

Assim, possvel descentralizar o controle industrial, evitando que uma pane interrompa toda a planta.

2.1.1 EVOLUO DAS APLICAES DO CLP

As principais evolues aconteceram em: 1969 a 1971 - Substituir a lgica via rels 1971 a 1976 - Substituir contadores e temporizadores Operaes aritmticas Impresso de documentao/relatrios Controle em malha fechada (PID) 1976 a 1981 - Comunicao entre CLP's Controle de posicionamento 1981 a 1985 - Redes com perifricos Unidades Remotas Redundncia de CPU's 1985 a atual- Interface Homem Mquina (IHM) Sistemas supervisrios

2.1.2 VANTAGENS DO CLP

As principais vantagens do uso do CLP so: Ocupar menor espao fsico; Menor consumo de energia eltrica; Programveis; Maior confiabilidade; Maior flexibilidade; Maior rapidez na elaborao de projetos; Interfaces de comunicao com outros CLPs e computadores.

2.2 ARQUITETURA DO CLP

Os Controladores Programveis, fugira 13, so normalmente compostos de Unidades Bsicas que so dispostas em blocos.

33

Figura 13 Arquitetura da CLP

2.2.1 UNIDADES BSICAS

As unidades bsicas em geral so compostas por: Unidades de entrada; Unidades de sada; Unidade de processamento; Unidade fonte de alimentao.

2.2.2 UNIDADES DE ENTRADA

As unidades de entrada fornecem as conexes entre os dispositivos de campo e a unidade central de processamento. Estas interfaces podem ter um ou mais canais de aquisio de dados que codificam sinais analgicos / digitais de entrada de diversos nveis de tenso (alternada / contnua), provenientes de sensores analgicos, push-buttons, e de outros tipos de transdutores, cujos sinais sejam tenses ou correntes.

Os sinais de entrada so isolados do sistema de processamento atravs de acopladores pticos, compatibilizando estes sinais com o sistema.

34

2.2.2.1 UNIDADE DE ENTRADA DIGITAL

As interfaces de entradas discretas detectam e convertem sinais de comutao de entrada em nveis lgicos de tenso usados no Controlador Programvel. Essas caractersticas limitam a interface a sinais do tipo ON/OFF (ligado/desligado).

O circuito de entrada composto por duas sees principais: entradas de estados e interface, sendo que essas so normalmente desacopladas eletricamente por um circuito isolador.

A seo de entrada de estados basicamente realiza a funo de converso da tenso da entrada (110 Vca, 220 Vca) para um nvel DC compatvel com a interface. Quando um sinal vlido detectado, o circuito isolador gera um sinal na seo lgica (interface), o qual fica disponvel para o processador atravs do seu barramento de dados. Normalmente estas entradas so sinalizadas por led's.

A figura 14 ilustra o diagrama do blocos da Unidade de Entrada Digital:

Figura 14 - diagrama do blocos da Unidade de Entrada Digital:

2.2.2.2 TRANSDUTORES DIGITAIS

Na definio mais geral, um transdutor um dispositivo que recebe um sinal e o retransmite, independentemente de converso de energia.

Entre os diversos tipos de transdutores digitais, podemos citar: Botes; Chaves de fim de curso; Sensores de proximidade; Termostatos; Pressostatos; Push Buttons".

35

2.2.2.3 TIPOS DE ENTRADAS DIGITAIS

A comutao de uma unidade de entrada pode ser em corrente contnua ou em corrente alternada.

Entrada em corrente contnua Os tipos de entradas digitais em corrente contnua so: Entrada tipo N e tipo

P. Na Entrada Tipo N, figura 15, a comutao executada quando o dispositivo

externo aplica o plo negativo da fonte na entrada digital.

Figura 15 - Entrada digital tipo N

Na Entrada Tipo P, figura 16, a comutao executada quando o dispositivo externo aplica o plo positivo da fonte na entrada digital.

Figura 16 - Entrada digital tipo P

Entrada em corrente alternada

36

A comutao em corrente alternada, figura 17, ocorre quando aplicado um tenso de 110Vca ou 220Vca no borne de entrada.

Figura 17 - Entrada digital de Corrente Alternada

2.2.2.4 UNIDADE DE ENTRADA ANALGICA

A interface de entrada analgica, figura 18, contm os circuitos necessrios para receber sinais analgicos de tenso ou corrente dos dispositivos de campo. A tenso ou a corrente de entrada convertida para um cdigo digital proporcional ao valor analgico, atravs de um conversor analgico digital (A/D). Este cdigo digital armazenado na memria imagem do controlador como um registro.

O valor analgico geralmente expresso como um valor decimal (BCD). A resoluo das entradas analgicas uma informao importante, pois de

acordo com o nmero de bits do conversor A/D que se define a menor parcela que pode ser lida. Ou seja, uma entrada com um maior nmero de bits permitir uma melhor representao da grandeza analgica.

A taxa de converso a freqncia com a qual o sinal analgico digitalizado (expresso em Hz ou medidas por segundo). A taxa de converso depende do tempo de converso do sinal (determinado pela eletrnica) do conversor.

Os conversores A/D normalmente so de 10 ou 12bits As faixas de valores de tenso e corrente para entradas analgicas mais

utilizadas na indstria so: 0 a 20mA; 4 a 20mA; 0 a 10Vdc.

37

Figura 18 - Diagrama de Blocos da unidade de entrada analgica:

Fonte:

So Paulo. Atos Automao Industrial LTDA. Curso Avanado de Controladores Programveis. Ref. 5-0013.130 Ref.3-053.220. Manual Tcnico: maro, 2003.

2.2.2.5 TRANSDUTORES ANALGICOS

So todos os tipos de transdutores que necessitam fazer converso de curso, peso, presso, etc. em sinais eltricos para estes sinais serem aproveitados para realizar medio ou controle. Os mais comuns so os seguintes:

Transdutor de presso; Amplificadores de tenso para clulas de carga; Transdutor de umidade; Rgua Potenciomtrica; Transdutor de Nvel; Transdutor de Vazo.

2.2.3 UNIDADES DE SADA

38

As unidades de sada fornecem as conexes entre os dispositivos de campo e a unidade central de processamento. Estas interfaces podem ter um ou mais canais, fornecendo sinais digitais / analgicos devidamente amplificados para energizar os elementos de operao e sinalizao de atuadores diversos, que se caracterizam pelo tipo (CA ou CC, N ou P) e pelos diversos nveis de tenso e potncia.

2.2.3.1 UNIDADE DE SADA DIGITAL

As interfaces de sada discretas, figura 19, convertem sinais lgicos usados no Controlador Programvel em sinais capazes de energizar atuadores. O controle da sada limitado a dispositivos que somente requerem comutao em dois estados, tais como ON/OFF (ligado/desligado).

O circuito de sada composto por duas sees principais: sadas e interface, sendo que essas so normalmente desacopladas eletricamente por um circuito isolador. Durante uma operao normal, o processador envia para o circuito lgico o estado da sada de acordo com a lgica programada.

Normalmente estas sadas so sinalizadas por led's.

Figura 19 - Diagrama de Blocos de uma unidade de sada digital:

2.3.3.2 Atuadores Digitais

Entre os diversos tipos de atuadores, podemos citar: Contatores;

39

Solenides; Rels; Lmpadas; Sirenes.

2.2.3.3 Unidade De Sada Analgica

Os mdulos ou interfaces de sada analgica, figura 20, convertem valores numricos, em sinais de sada em tenso ou corrente. No caso de tenso normalmente 0 a 10 VCC ou 0 a 5 VCC, e no caso de corrente de 0 a 20 mA ou 4 a 20 mA.

Figura 20 - Diagrama de blocos de uma unidade de sada analgica

2.2.3.4 Atuadores Analgicos

Entre os diversos tipos de atuadores analgicos, podemos citar: Vlvulas proporcionais; Motores C.C.; Servo - Motores C.C; Inversores de freqncia; Posicionadores rotativos; Etc.

40

2.2.4 UNIDADE DE PROCESSAMENTO CENTRAL

A unidade de processamento central - UCP a responsvel pelo gerenciamento e processamento das informaes do sistema e, composta pelo microprocessador ou microcontrolador, memria de programa bsico, memria de dados, memria de programa de usurio, interface de programao e interface homem-mquina.

O mdulo de processamento monitora os sinais de entrada do CLP e os combina de acordo com as instrues existentes na memria de programa de usurio. Executando operaes lgicas, de temporizao, contagem e seqenciamento para em seguida liberar os sinais apropriados para as sadas e assim comandar os dispositivos de controle.

2.2.4.1 Memria Bsica Ou Firmware

A memria bsica contm um conjunto de programas armazenados permanentemente, com o objetivo de controlar e supervisionar as atividades do sistema. Tais como: comunicao com os dispositivos externos, execuo do ciclo de varredura, diagnsticos e outras atividades. Esta memria usualmente chamada de firmware, para expressar o conjunto de software e hardware necessrio para o funcionamento do Controlador Programvel.

Esta memria programada pelo fabricante, ou seja, uma memria que no pode ser alterada pelo usurio. As memrias bsicas so memrias no volteis do tipo ROM, EPROM ou FLASH-EPROM.

2.2.4.2 Memria de dados

Nesta memria so armazenados todos os dados de controle do sistema, tais como: estados das entradas e sadas, valores de preset de contadores e temporizadores, etc.

41

uma tabela de valores manipulveis. As memrias de dados podem ser memrias volteis ou no volteis, sendo respectivamente do tipo, RAM ou NVRAM.

2.2.4.3 Memria de usurio

a memria destinada ao armazenamento das instrues de programao, ou seja, o programa de usurio.

As memrias de usurio podem ser memrias volteis ou no volteis, sendo respectivamente do tipo, RAM; NVRAM ou FLASH-EPROM.

2.2.4.4 Watchdog Timer

Alguns tipos de controladores programveis possuem internamente unidade de processamento, um circuito "WATCHDOG TIMER".

Este circuito consiste de um temporizador com uma base de tempo fornecida pelo microprocessador, cujo propsito monitorar o tempo de execuo da varredura. Caso exceda este tempo, o "WATCHDOG TIMER" ir detectar esta condio, providenciando ento o desligamento das sadas do sistema para evitar operaes indesejadas e a reinicializao CPU.

2.2.4.5 Interface de Programao

Esta interface permite a programao da memria de usurio atravs do uso de software especfico para desenvolvimento do programa de usurio, sendo executado em um microcomputador compatvel com o padro IBM-PC (na verso desktop ou laptop, para programao em campo), permitindo a edio, monitorao e documentao dos programas. Alm disso, o terminal de programao permite, muitas vezes, monitorar o programa aplicativo, ou seja, visualizar em tempo real o programa sendo executado.

42

2.2.4.6 Interface Homem Mquina

Esta interface permite a interao do usurio com a mquina ou processo, possibilitando a visualizao ou alterao das variveis desses sistemas.

As formas mais usuais de encontrarmos esses dispositivos so: Frontais de teclado e display de cristal lquido (LCD) ou vcuo fluorescente (VFD).

2.3 PRICNPIOS DE FUNCIONAMENTO DO CLP

Quando energizamos o controlador programvel as seguintes operaes so executadas:

Teste de escrita/leitura da memria RAM; Limpeza das memrias imagens de entrada e sada; Testes de execuo do programa de usurio; Execuo de rotinas de inicializao (limpeza de registros auxiliares de

trabalho, limpeza de display, preparao de teclado). Aps estas "Condies de Inicializao" a UCP (unidade central de

processamento) passa a fazer uma varredura constante, ou seja, rotinas repetitivas em um "loop" fechado. Essa seqncia de atividades definidas e controladas pelo programa ocorre em um ciclo, chamado de Varredura ou Scan, conforme etapas a seguir:

A primeira etapa da varredura verificar os dados das entradas, transferindo-os para uma memria imagem.

Memria imagem um espelho do estado das entradas e sadas, esta memria ser consultada pelo CLP no decorrer do processamento do programa de usurio. Ela recebe em cada endereo correspondente a uma entrada o seu estado ligado/desligado no caso de entradas digitais, ou um valor numrico no caso de entradas analgicas.

Uma vez gravados os dados das entradas na respectiva memria imagem, inicia-se a execuo do programa de acordo com as instrues definidas pelo usurio. Durante o processamento do programa, o CLP armazena os dados na memria imagem das sadas.

43

Por fim o CLP transfere esses dados para as sadas fsicas, desta forma o ciclo termina e a varredura reiniciada.

A figura 21 ilustra o processamento cclico:

Figura 21 Varredura ou Scan

O tempo necessrio para executar uma varredura varia de controlador para controlador e depende de muitos fatores como: tamanho do programa, instrues programadas, etc. O tempo de varredura uma considerao importante na seleo do controlador. Este indica a rapidez com que o controlador pode reagir s entradas de campo e resolver a lgica de controle. Este ciclo que tem seu perodo varivel mostrado na figura 22.

Figura 22 - Ciclo de Processamento do CLP

44

2.3.1 CARACTERSTICAS DO CLP

Algumas das principais caractersticas de um controlador programvel so: Programabilidade; Alta confiabilidade; Imunidade a rudos; Isolao ptica de entradas e sadas; Deteco de falhas; Modularidade; Start-up rpido; Operao em condies ambientais severas.

2.3.2 APLICAES DO CLP

Entre os inmeros tipos de indstrias que hoje aplicam Controladores Programveis, podemos destacar:

Automotiva; Transformadora de Plstico; Cermica; Petroqumica; Embalagem; Bebidas; Papel e Celulose, etc.

45

3 MOTOR DE INDUO TRIFSICO

Todo motor eltrico converte energia eltrica em energia mecnica. O processo dekis, converso de energia dos motores de induo baseia-se na lei de induo de Faraday e na lei de Lenz, da derivando seu nome. Um motor de induo um motor eltrico que funciona somente em corrente alternada - assim como os transformadores - o que ficar claro quando se estudar o seu princpio de funcionamento.

O motor de induo o tipo de motor eltrico mais utilizado. Sendo largamente utilizado em instalaes industriais devido sua simplicidade, robustez, durabilidade e pequena necessidade de manuteno. Normalmente, cerca de 60 % da carga de uma instalao industrial constituda por motores de induo, enquanto que, considerando a carga total em regies industrializadas, os motores de induo so responsveis por cerca de 40 % dessa carga. Por essa razo, os motores de induo so tambm chamados motores industriais.

3.1 DEFINIO DE MOTOR DE INDUO TRIFSICO

O motor de induo trifsico mquina eltrica de corrente alternada mais utilizada no acionamento de cargas mecnicas. Devido as suas qualidades, robustez e simplicidade de manuteno, o mesmo tem substitudo os motores eltricos de coletor de laminas nas suas aplicaes tpicas e devido a um aumento do conhecimento do seu principio de funcionamento foi possvel desenvolver novas estratgias de controle que permitem uma boa adaptao das suas caractersticas de funcionamento as necessidades da carga mecnica acionada.

A grande vantagem do motor de induo trifsico a sua capacidade de operar sem necessidade de contato com os enrolamentos do rotor. Isso reduz significativamente os custos e a manuteno.

46

A alimentao do motor de induo trifsico (MIT) em corrente alternada. Normalmente a alimentao feita pelo estator. Os enrolamentos do rotor podem ser de dois tipos: bobinado ou gaiola de esquilo. O rotor bobinado, menos usado, tem bobinas trifsicas no rotor e anis coletores no eixo de forma a permitir o acesso s correntes induzidas nos enrolamentos do rotor. O rotor tipo gaiola de esquilo composto de barramentos condutores alojados em ranhuras do rotor e curto circuitados. Este tipo de enrolamento permite a construo de equipamentos bastante robustos. a forma mais comum dos MIT.

A velocidade de operao do MIT aproximadamente constante e sempre menor que a velocidade sncrona, por esta razo este motor tambm chamado motor assncrono.

3.2 FUNCIONAMENTO DO MOTOR DE INDUO TRIFSICO

Uma questo fundamental em todo tipo de motor eltrico entender como se produz o movimento rotatrio de um eixo (energia mecnica) a partir de corrente eltrica (energia eltrica). Em palavras mais tcnicas, como se produz um torque eletromecnico no rotor.

Como se sabe, torque (ou conjugado) definido pelo produto de uma fora por uma distncia, sendo medido em Newton-metro (N.m) no sistema SI. Em um motor de induo, a criao do torque no rotor baseia-se na lei de induo de Faraday e na lei de Lenz. O princpio de funcionamento de um motor de induo pode ser entendido com a ajuda da figura 23, onde tem-se um im permanente em formato de ferradura que est suspenso, atravs de um fio, sobre um leve disco metlico que pode girar facilmente em torno de seu eixo, graas a uma suspenso cnica apoiada em uma base fixa.

,

Figura 23 Princpio de Funcionamento do Motor de Induo Trifsico

47

Imagine que o m permanente comea a girar em torno de seu eixo, por exemplo, torcendo-se o fio, enquanto o disco est parado. O fluxo magntico NS produzido pelo im comea a varrer a superfcie do disco, caracterizando um fluxo varivel ao longo do tempo. Essa variao produz a induo de uma tenso no disco, pela lei de Faraday, e conseqentemente a circulao de correntes, pois o disco metlico. Essas correntes induzidas tm sentido de circulao determinados pela lei de Lenz (o fluxo criado por elas deve se opor variao do fluxo), de tal modo que criam no disco polaridades magnticas opostas aos plos do im permanente. Sob o plo norte do im cria-se um plo sul no disco, que se atraem. No outro plo acontece a mesma coisa. Em conseqncia, o disco gira no mesmo sentido do movimento do im. Se o sentido de rotao do im permanente for invertido, tambm inverte-se o sentido de giro do disco.

A figura 23 descreve o seu princpio de funcionamento. Sendo que em um motor de induo real, o im permanente girando substitudo por um campo girante criado por trs bobinas fixas no estator, nas quais circulam correntes alternadas defasadas de 120 graus. J o disco metlico substitudo por um rotor cilndrico na forma de uma gaiola metlica, como mostrado na figura 24. Note que a gaiola possui aros metlicos na tampa e na base, de tal modo a curto-circuitar as varetas e permitir a circulao de correntes por elas.

Figura 24 Rotor Cilndrico em forma de Gaiola Metlica

3.3 UTILIZAO EFICIENTE DO MIT

O conhecimento do funcionamento do motor de induo o ponto de partida que visa resumir um conjunto de medidas para a ser tomado para o seu uso

48

econmico. Suas caractersticas mais importantes so: potncia, escorregamento, conjugado, rendimento e o fator de potncia.

Exibimos a seguir algumas dicas para utilizao eficiente do Motor de Induo Trifsico.

1 - Dimensionamento adequado carga - motor: Evitar superdimensionamento, pois o rendimento do motor fica muito reduzido abaixo de 50% da carga nominal. O uso de motores superdimensionados pode ocasionar perdas de mais de 30%.

2 - Motores de alto rendimento - Apresentam rendimento superior ao motores padro. Materiais de melhor qualidade, projetos mais precisos proporcionam a diferena. Seu uso somente e recomendado em caso de motores de uso contnuos, pois em contrrio o retorno do investimento ter prazo muito longo.

3 - Motor reformado - A reforma de motores, por via de regra, reduz o rendimento do motor. Dificilmente os dados de placa permanecem inalterados. Ao longo do tempo de uso e energia gasta a mais paga o custo de um motor novo, que alm de mais economia poder proporcionar melhor desempenho.

4 - O acionamento eletrnico - uma opo de economia de energia em sistemas de bombeamento, ventiladores e compressores, ocasionando controle continuo de fluxos. As perdas elevadas causadas por vlvulas ou palhetas so eliminadas.

5 - Manuteno regular - As perdas mecnicas podem ser reduzidas, impedindo a queda do rendimento, alm de dificultar as paradas no programas para manuteno. A verificao dos sistemas de transmisso verificando desgastes e folgas em correias, por exemplo, impede a perdas na transmisso.

6 - Especificao do motor - a especificao do motor adequado ao acionamento e as condies ambientais onde o motor ser instalado tambm fator de economia pela maior vida til do moto.

7 - Evitar o uso de motores sobrecarregados - Possibilita dupla economia. Os motores com excesso de carga tm sua vida til reduzida pelo aquecimento das bobinas. Tambm apresenta queda no rendimento e fator de potncia, maior consumo.

49

3.4 - MOTORES DE INDUO COM ROTOR BOBINADO E GAIOLA DE ESQUILO

Em um motor de induo trifsico real, o fluxo girante produzido por trs enrolamentos iguais fixados em um ncleo de material ferromagntico (estator) e alimentados por tenses de uma rede trifsica. Como a freqncia da rede constante (60 Hz), ento a velocidade de rotao do fluxo (ou campo) girante tambm constante. Esse fluxo girante ao ir atravessando as varetas do rotor tipo gaiola vai induzindo a correntes que, por sua vez, devem criar fluxos (como se fossem eletroms de polaridade oposta ao fluxo girante) que tendem a se opor ao movimento do fluxo girante (lei de Lenz). Em conseqncia, o rotor gaiola gira no mesmo sentido do fluxo girante, tentando alcan-lo para reduzir a intensidade da induo, que como se sabe proporcional variao do fluxo (lei de Faraday). Dessa maneira, estabelece-se o torque que faz o rotor gaiola girar.

A figura 25 mostra um motor de induo trifsico cuja carcaa externa foi recortada revelando seu interior. Note as bobinas do estator em corte e o ncleo ferromagntico na qual ficam enroladas (em amarelo). Em primeiro plano esto os terminais de ligao da alimentao. Observe que as varetas condutoras do rotor tipo gaiola so de fato incrustadas em um ncleo de material ferromagntico usado para potencializar o fluxo magntico, formando um conjunto integrado. Por sua construo, percebe-se claramente porque um motor de induo um equipamento robusto e de baixa manuteno.

Figura 25 Motor de Induo Trifsico

50

Nem todo motor de induo possui rotor do tipo gaiola. Existem motores cujo rotor constitudo por um enrolamento tradicional com vrias espiras, sendo chamado rotor tipo bobinado. Nesse caso, o enrolamento do rotor deve ser curto-circuitado para permitir a circulao das correntes induzidas. Esse tipo de rotor viabiliza algumas tcnicas de limitao da corrente de partido do motor, mas bem menos utilizado que os rotores tipo gaiola.

3.4.1 MOTOR EM GAIOLA DE ESQUILO

O motor com rotor em gaiola de esquilo (squirrel cage), figura 26, o mais comum e mais robusto dos motores de induo para potncias at 500 HP (373 kW).

A ausncia de contato eltrico entre o rotor e o exterior torna este motor bastante econmico e de baixa manuteno. A maior desvantagem a dificuldade do controle de velocidade sem uso de dispositivos eletrnicos (inversores).

A gaiola um conjunto de barras curto-circuitadas por anis. No h contato eltrico com o exterior. Pode ser construda em alumnio, cobre ou liga de cobre. O ncleo do rotor formados por lminas de ao silcio.

Figura 26 Rotor em Gaiola de Esquilo Fonte:www.windpower.org

A figura 27 ilustra o motor gaiola de esquilo em corte:

51

Figura 27 Corte do Motor Gaiola de Esquilo Fonte: The University of Western Australia

3.5 GAIOLA DE ALUMNIO

A gaiola em alumnio injetado, figura 28, usada desde a dcada de 1930, tendo atingido grande desenvolvimento na dcada de 1960, com a linha de motores Custom 8000, da GE, e usada em motores de aplicao geral entre 1 e 250 HP.

O alumnio se funde a 650C. Quando se solidifica, comprime o pacote de lminas. As barras so soldadas aos anis usando-se solda MIG (Metal Inert Gas).

Figura 28 Gaiola em Alumnio Injetado Fonte: www.copper.org

A figura 29 ilustra o motor gaiola de alumnio em corte:

52

Figura 29 Corte do Motor Gaiola de Alumnio

3.5.1 Vantagens da Gaiola de Alumnio

Segundo a GE, a gaiola de alumnio apresenta as seguintes vantagens: A tenso das barras mantm a compresso do pacote de lminas. O movimento da gaiola eliminado. As barras podem ser dimensionadas livremente. O peso e a inrcia do rotor so reduzidos. A resistncia eltrica do rotor maior, mas o custo menor do que o

de rotores de cobre.

3.5.2 Velocidade do rotor

Em qualquer motor de induo, a velocidade do rotor (que a mesma do eixo) sempre menor que a velocidade sncrona (do campo girante). Se, por hiptese, o rotor conseguisse alcanar a velocidade sncrona, ento o campo girante e o rotor gaiola estariam efetivamente parados (um em relao ao outro), no haveria variao relativa de fluxo e portanto induo.

53

Em regime permanente, a velocidade do rotor depende da diferena relativa das freqncias da tenso de alimentao e da tenso induzida no rotor.

3.6 CONTROLE DE VELOCIDADE DOS MOTORES DE INDUO

Em algumas aplicaes de motores de induo necessrio controlar a velocidade de acionamento da carga, por exemplo, em uma esteira transportadora ou mesmo em veculos de transporte. Um modo freqentemente usado para variar de maneira controlada a velocidade de motores de induo atravs da variao da freqncia da tenso de alimentao. Sabe-se que a velocidade do campo girante diretamente proporcional ao valor da freqncia e que a velocidade do motor depende da velocidade do campo girante.

A variao da freqncia, figura 30, obtida atravs de um conversor de freqncia (tambm chamado inversor de freqncia) que deve ser instalado entre a fonte de tenso e o motor a ser controlado, conforme ilustra a figura abaixo:

Figura 30 Variao de Frequncia

Os principais componentes de um inversor de freqncia tpico so dados na figura 31:

54

Figura 31 Principais Componentes do Inversor

O bloco retificador converte a tenso trifsica alternada em 60 Hz em tenso contnua, enquanto que o bloco inversor re-converte a tenso contnua em tenso trifsica alternada cuja freqncia determinada pelo usurio de acordo com a velocidade desejada, sendo que quanto maior a freqncia, maior a velocidade do motor. Um inversor de freqncia tambm serve para controlar a corrente de partida permitindo variar a magnitude da tenso aplicada ao motor.

3.7 CONTROLE CONTNUO DE VELOCIDADE

Conversores de Freqncia: Para os motores de induo trifsicos mantendo-se constante a relao V/F, o fluxo do campo girante se mantm constante, e o conjugado do motor tambm ser constante. Isto conseguido variando-se simultaneamente e na mesma proporo, a tenso e a freqncia da tenso de alimentao do motor.

Basicamente o acionamento eletrnico composto por chaves eletrnicas e um circuito e controle. As chaves eletrnicas podem ser Tiristores, GTO, Transistor Bipolar ou Transistores de Efeito de Campo (FET). O mais importante do ponto de vista da eficincia energtica, que com o controle eletrnico as perdas so minimizadas.

55

4 CONTROLE DE EIXOS

No projeto utilizamos alguns equipamentos para a apresentao prtica que so os seguintes:

Inversor de Freqncia da Allen Bradley modelo Power Flex 40; CLP da Atos Modelo MPC4004; Motor de Induo Trifsico Weg; Fonte de Alimentao 24Vcc; Disjuntores, rels, etc.

4.1 DESENVOLVIMENTO DO PROJETO

Para a realizao prtica do projeto ser dada uma introduo, a descrio do desenvolvimento do projeto, que sero amplamente detalhados nos tpicos seguintes.

4.1.1 INTRODUO AO CONTROLE DE EIXOS DE MQUINAS INDUSTRIAIS

O Controle de eixo de mquinas industriais de suma importncia para o bom desempenho de processos; sendo assim torna-se necessrio que se desenvolva vrias lgicas de controle utilizando um (ou mais) CLP para executar diversas funes de controle no Inversor de Freqncia de forma a controlar o Motor de Induo, tais como: Controle Vetorial, Controle Escalar, Controle de Torque,

56

Controle de Posicionamento, Controle de Velocidade, Controle com Reverso Automtica, Tipos de Frenagens, etc.

4.1.2 DESENVOLVIMENTO DO PROJETO

No projeto, figura 32, o motor de induo trifsico ser acionado e controlado diretamente pelo inversor de freqncia alimentado por uma tenso de 220V trifsico; enquanto que o inversor ser comandado diretamente pelas sadas digitais do CLP e em algumas demonstraes diretamente pelas suas teclas de controle frontais. No eixo do motor ser acoplada uma polia para que o pblico possa ver a rotao e os movimentos do motor.

A programao do Inversor de freqncia ser realizada de forma direta pelas suas teclas e display frontal atravs de parmetros de controle. J a programao do CLP ser feita atravs do software de programao WinSup 2 da Empresa Atos, que utiliza a linguagem de programao Ladder. Figura 32 Controle de Eixos de Mquinas Industriais Utilizando CLP e Inversor de Freqncia

4.1.3 CONCLUSES APS APRESENTAO

57

Com a apresentao do TCC o pblico ter noes de: funcionamento do CLP e suas devidas aplicaes, funcionamento do Inversor de Freqncia e suas devidas aplicaes, noes de controle de velocidade, torque e posicionamento de mquinas industriais.

4.2 INVERSOR DE FREQNCIA POWER FLEX 40

Como fornece aos usurios um controle potente de velocidade do motor em um projeto compacto com economia de espao, o inversor PowerFlex 40 CA Allen-Bradley o menor e mais acessvel inversor da famlia PowerFlex. Ideais para controle de velocidade no nvel de mquina, estes produtos oferecem versatilidade de aplicao para atender as demandas dos OEMs globais e dos usurios que precisam de flexibilidade, economia de espao e facilidade de uso.

O inversor PowerFlex 40 CA, figura 33, compartilha todos os recursos e funcionalidades do inversor PowerFlex 4 CA. Alm disso, o inversor PowerFlex 40 CA oferece um controle vetorial sensorless e tem capacidade de E/S adicional. Projetado para oferecer versatilidade de aplicao e desempenho robusto, o inversor PowerFlex 40 CA tambm apresenta:

Sada analgica de 0 10 V ou 4 20 mA (10 bits) para realimentao ou como referncia para outros inversores;

As funcionalidades de temporizador, contador e StepLogic podem reduzir os custos de projeto e simplificar os esquemas de controle;

Os dois canais de entrada analgica, incluindo a capacidade PID, oferece uma maior flexibilidade de aplicao;

Cartes opcionais de comunicao integrada como DeviceNet, EtherNet/IP, PROFIBUS DP e ControlNet podem melhorar o desempenho da mquina.

Figura 33 Inversor de Freqncia Power Flex 40 CA.

58

4.2.1 PACOTE FLEXVEL E OPES DE MONTAGEM

As principais consideraes so:

A instalao pode ser um simples encaixe usando o recurso de montagem em trilho DIN nos inversores de carcaas A e B;

Os inversores montados em flange esto disponveis para reduzir o tamanho geral do gabinete;

Zero Stacking recomendado para temperatura ambiente de at 40 C, com ganho valioso de espao no painel. A temperatura ambiente de 50 C permitida com um espaamento bastante reduzido entre os inversores.

4.2.2 PARTIDA E OPERAO SIMPLES

As principais caractersticas de partida e operao simples so: O teclado integrado apresenta um visor de 4 dgitos e 10 LEDs

indicadores adicionais que fornecem controle intuitivo; O teclado, as teclas de controle e o potencimetro local j esto ativos

e prontos para usar, simplificando a partida; Os 10 parmetros de programao mais utilizados esto agrupados

para facilitar e agilizar a partida.

4.2.3 SOLUES VERSTEIS DE PROGRAMAO E DE REDE

As principais caractersticas da programao e rede so: A comunicao RS485 integrada permite que os inversores sejam

usados em uma configurao de rede multiponto. Um mdulo conversor serial oferece conectividade com qualquer controlador com capacidade para iniciar o envio de mensagem DF1;

Os softwares DriveExplorer e DriveTools SP podem ser usados para programao, monitorao e controle dos inversores;

59

Um teclado com LCD porttil NEMA 4X remoto e NEMA 1 oferecem flexibilidade adicional de programao e de controle, ambos com a consagrada funo CopyCat, que uma funo que serve para salvar os parmetros e configuraes do inversor em sua IHM (Interface Homem Mquina) removvel e descarregar em outro inversor com as mesmas caracterstica.

4.2.4 TABELA DE PARMETROS PARA CONTROLE DE EIXOS

A tabela 1 relaciona os principais parmetros programados no Inversor Power Flex 40 para o controle de eixos.

N DO PARMETERO NOME DO PARMETRO

VALOR DEFINIDO

P031 TENSO NOMINAL DO MOTOR 220 V P032 FREQUENIA NOMINAL DO MOTOR 60 HZ P033 CORRENTE NOMINAL DO MOTOR 2,0 A P036 TIPO DE PARADA POR RAMPA A125 TIPO DE CONTROLE VETORIAL

Tabela 1 Configurao de parmetros para controle de eixos

4.3 CONTROLADOR LGICO PROGRAMVEL ATOS - MPC4004

MPC4004, figura 34, uma famlia de controladores programveis com estrutura modular, que permite atravs de seus diversos mdulos, fonte de alimentao, mdulos de processamento, mdulos de entradas e sadas (digitais e analgicas), entre outros, compor um produto sob medida para aplicaes diversas.

Com apenas dois mdulos (fonte de alimentao e CPU com 8 entradas e 8 sadas digitais integradas), uma pequena aplicao pode ser atendida, contando ainda com todo o conjunto de instrues e recursos de programao online de uma composio de maior porte.

60

Encabeadas pela srie MPC4004BF, que utiliza em nvel de hardware o que h de mais moderno em processador RISC de 32 bits de 400 MHz, periferia com SDRAM de 16 Mbytes, memria FLASH de 2 Mbytes e 256 kbytes de memria RAM CMOS com backup de bateria, tempo de varredura reduzido a apenas 0,4 ms / k instruo e linguagem Ladder padronizada pela norma IEC61131-3 e complementadas pelas sries MPC4004R e MPC4004T estes CLPs possibilitam atingir at 496 entradas e sadas digitais ou 120 entradas / sadas analgicas com o uso de at 15 mdulos de expanso de entradas e sadas digitais ou analgicas alm da fonte de alimentao e da unidade de processamento.

Diversos mdulos digitais (CA, CC ou rels, inclusive com caracterstica de troca a quente) e analgicos (tenso, corrente), mdulos de comunicao, Ethernet (Modbus/TCP), Profibus DP e DeviceNet, mdulos dedicados para medio de parmetros eltricos, converso de padro de comunicao (RS232 / RS485 / Ethernet), tornam a famlia MPC4004 uma forte opo para controle e/ou superviso no imenso universo da automao.

Figura 34 Controlador lgico Programvel Atos - MPC4004

4.3.1 A1 / WINSUP FERRAMENTAS DE PROGRAMAO

As ferramentas de programao WinSUP fazem de seu microcomputador pessoal um poderoso ambiente de desenvolvimento de Ladder, telas da IHM, monitoramento de Ladder variveis do sistema, download e upload de arquivos de usurios. Possuem interface baseada em ambiente Windows que proporciona

61

ao programador as condies necessrias para a criao, documentao e manuteno de suas aplicaes de controle.

O editor Ladder possui uma interface clara e amigvel com o usurio. Vrias linhas podem ser visualizadas de uma vez e as cores do ambiente de trabalho so facilmente configurveis, gerando uma identificao visual rpida dos elementos do programa. As ferramentas tratam cada uma das rotinas em janelas diferentes e contam com um gerenciador de projetos que oferece uma viso rpida e organizada de toda a aplicao, facilitando a edio e configurao de todos os itens envolvidos no projeto, atravs de uma rvore hierrquica de opes.

Os recursos de superviso existentes nas ferramentas WinSUP permitem visualizar e analisar o funcionamento do programa usurio no CLP. Atravs da superviso de linhas, os estados internos e o contedo dos registros so exibidos no prprio programa Ladder. Pela superviso de operandos possvel saber o contedo/status de qualquer registro ou estado interno do CLP conectado a ferramenta. Em uma nica janela de superviso o usurio poder agrupar registros e estados internos associados a determinada lgica a ser analisada, que na superviso de linhas estariam separados. As ferramentas tambm possuem diversas opes de conexo com o CLP, que vo desde o canal serial at a conexo via modem (onde as ferramentas WinSUP detectam os modems instalados no microcomputador e listam na janela de configurao de conexo) e conexo via TCP/IP, que permite realizar a transferncia e superviso da aplicao via rede Ethernet.

A figura 35 ilustra a rea de trabalho do WinSUP na plataforma Windows.

62

Figura 35 rea de trabalho do WinSUP

63

CONCLUSO:

Portanto, podemos concluir que a utilizao de Inversor de Freqncia, CLP e Motor de Induo tem crescido rapidamente, pois estes equipamentos esto se tornando cada vez mais prticos e econmicos. Por este motivo abordamos que controlar velocidade, posicionamento e torque com tais equipamentos pode ser uma soluo eficiente e econmica para a mquina ou processo industrial que exige confiabilidade.

O uso do inversor de freqncia para estes fins se torna fcil devido sua fcil parametrizao, facilidade de instalao e muitas opes na hora da compra, comparando com outros mtodos de controle que so mais complexos e que exige um alto investimento.

Atualmente a maioria dos inversores de freqncia j possuem a opo de controle vetorial (abordado no captulo I), que um forma de controlar eixos com elevado torque independente da rotao. Este tipo de controle muito utilizado em aplicaes que exigem elevado torque, mesmo funcionando com baixas rotaes.

Em conjunto com o inversor de freqncia, tambm podemos utilizar o CLP (abordado no captulo II) onde sua funo no controle de eixos armazenar internamente instrues e para implementar funes especficas, tais como: lgica, seqenciamento, temporizao, contagem e aritmtica, controlando o inversor de freqncia por meio dos mdulos de sada. A vantagem do uso do CLP para estes fins pela possibilidade de ser facilmente programado e alterado quando necessrio. Atravs do software de programao o usurio pode criar seqncias lgicas de acordo com a necessidade do processo.

J o Motor de Induo Trifsico (abordado no captulo III) diretamente controlado pelo inversor de freqncia, onde o usurio define atravs de parmetros as seguintes variveis: velocidade, tenso, corrente, torque, acelerao, desacelerao, etc.

64

Os motores eltricos so responsveis por at 50% do consumo de energia eltrica industrial, por isso abordamos o seu acionamento por um inversor de freqncia, que de forma consciente pode gerar uma economia de energia do sistema, eliminando os picos de partida e rotaes desnecessrias.

65

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

ANTONELLI, Pedro Lus. Introduo aos Controladores Lgicos Programveis (CLPs). Rio de Janeiro, outubro de 1998. Disponvel em . Acesso em 10 de julho de 2009.

GUEDES, Manuel Vaz. O Motor de Induo Trifsico seleo e aplicao. FEUP, 1994.

LANDER, Cyril W. Eletrnica industrial: teoria e aplicaes. 2. ed. So Paulo: Makron Books, c1997.

MOHAN, Ned; UNDELAND, Tore M; ROBBINS, William P. Power Electronics Converters, Applications and Design. Canad: 1989.

PENELLO, Luiz Fernando. Filtro Ativo de Potncia "Shunt".Tese de Mestrado, Universidade Federal do Rio de Janeiro COPPE: 1992.

RASCHID, Muhammad Harunur. Eletrnica de Potncia Circuitos dispositivos e aplicaes. So Paulo: Mc Graw-Hill do Brasil, 1999.

So Paulo. Atos Automao Industrial LTDA. Curso Avanado de Controladores Programveis. Ref. 5-0013.130 Ref.3-053.220. Manual Tcnico: maro, 2003.

So Paulo. Atos Automao Industrial LTDA. Curso Intermedirio de Controladores Programveis. Ref. 5-0082.100. Manual Tcnico: fevereiro, 2006.

66

So Paulo. Atos Automao Industrial LTDA. Controlador Programvel MPC4004 (WinSUP 2). Manual Rev. 2.20 Maio, 2006. So Paulo. Atos Automao Industrial LTDA. Software de programao WinSUP (Bsico). Manual Rev. 1.20 Ref.5-026.120. Agosto, 2007.

WIKIPDIA, a enciclopdia livre. Controlador Lgico Programvel. Disponvel em Acesso em 10 de julho de 2009.

WIKIPDIA, a enciclopdia livre Conversor de Freqncia. Disponvel em http://pt.wikipedia.org/wiki/Conversor_de_frequ%C3%AAncia.

WIKIPDIA, a enciclopdia livre. Motor de Induo. Disponvel em.. Acesso em 10 de julho de 2009.

clp e inversor

Documents