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Configuração e funcionamento de um - Poli Monografias

1. DODE REAA E E Exportar Arquivo de Trace Figura 6 12 Op o para exportar os dados da fun o Trace no formato csv 44 6 3 Analise Ouantitativa Feita a aguisicao de dados atrav s da funcao Trace descrita pela parte Confi guracao da func o Trace na se o 6 2 pode se fazer uma an lise quantitativa do significado da mudanca no sentido de giro do eixo do servomotor com aux lio dos gr ficos no momento da invers o de sentido de giro nas figuras 6 13 C 1 000 Velocidade do motor 750 Velocidade de refer ncia 500 250 250 500 750 1 000 0 000 0 025 0 050 0 075 0 100 0 125 0 150 0 175 0 200 Tempo 5 Figura 6 13 Grafico da velocidade do motor e da velocidade de refer ncia 1 000 5 750 Velocidade do motor 4 500 250 Corrente 3 2 250 500 1 o tf i A ATA neg I m cons od PLU petes 4 Corrente ly gt N 1 000 000 0 01 0 02 0 03 004 0 05 006 OOF 008 009 010 011 012 0 13 Tempo 5 Figura 6 14 Gr fico da velocidade e das correntes do motor 250 zs lt Velocidade do motor 1 000 150 750 100 L 500 50 250 0 N 50 n E 100 250 150 a E 750 250 Tens o Vw i Tens o Vy 1 000 Tens o V 0 00 oof 002 003 004 005 008 007 008 0083 010 Tempo 5 Figura 6 15 Grafico da velocidade e das tens es do motor 45 Os teste precisaram ser realizados em tres momentos distintos com as mesmas condicoes de trigg
2. Durante o estudo de acionamentos s o propostos e estudados o controle de diversos tipos de m quinas el tricas No entanto o servoacionamento feito atrav s de sensores de posi o e velocidade s o apenas mencionados Portanto esta monografia visa uma colabora o com a disciplina Acionamentos e Controles El tricos acrescentando uma an lise do acionamento de um servomotor com O sefvoconversor Esta aplica o multidisciplinar almeja despertar o interesse de alunos em se guir estudos e reas relacionadas ao sistema aqui apresentando permitindo novas possibilidades para trabalhos futuros 1 3 Organizacao O trabalho organizado de forma a separar os assuntos em uma ordem de evolucao do conhecimento necess rio para se trabalhar com o servomecanismo apre sentado No capitulo l tem se a introducao junto a motivacao que levou a elaboracao deste trabalho seguida no cap tulo 2 onde sao mostrados os fundamentos que definem um servoacionamento O estudo e conhecimento destes dois cap tulos precede o inicio do trabalho reali zado em laboratorio para reativacao da bancada did tica que contem o novo servo conversor SCA06 que substituiu o antigo SCA04 para poder acionar o servomotor SWA 562 2 5 20 O procedimento realizado em laboratorio descrito nos cap tulos 4 e 5 sepa rados respectivamente em Instalac o Mec nical Instalac o El trica e Configura o do Servoconversor No capitul
3. o inversamente proporcional ao volume necess rio para constru o de um circuito magn tico 4 Em compara o a circuitos magn ticos confeccionados com materiais antigos como min rio de ferro magnetizado ou ferrita os novos materiais requerem menor volume para construc o dos motores pois possuem o produto B x H superiores aos materiais tradicionais e praticamente n o podem ser desmagnetizados aciden talmente por elevadas correntes de curto Estes motores apresentam uma razao potencia volume superior a dos motores CC e dos motores de induc o Por se tratar de uma m quina s ncrona o servomotor nao pode ser ligado dire tamente a rede mesmo sendo uma maquina que utiliza alimentacao trif sica pois nao possui partida propria Quando a maquina ligada o rotor se encontra em repouso seu campo magn tico estacion rio enquanto o campo do estator gira em velocidade s ncrona Dessa forma o torque resultante tamb m nulo e n o poss vel haver movimento do rotor que ocorre com o sincronismo de velocidade entre os dois campos 6 Para a partida do MSIP pode se aumentar gradualmente a frequ ncia de ali menta o de forma que a velocidade do campo do estator tamb m aumentar gra dualmente e a do rotor acompanhar em seguida Outra possibilidade utilizar uma partida mec nica inicial que coloque o ro tor em movimento permitindo que a velocidade de seu campo magn tico passe a acompanha
4. 2 1 Descri o do Servoacionamento 2 2 Descri o do Servomotor 2 2 1 Sensor 2 2 2 Caracter sticas Construtivasl 0 08 ee ee 2 3 Descri o do Servoconversor 2 3 1 Conectores do SCA06 aa a a 2 3 2 Interface Homem M quina 2 4 Aplica es T picas 3 Instalacao Mec nica 3 1 Instalacao Mec nica 3 2 Fun es do Servoacionamento 3 3 Modulos de Expansao 1X XI xiii XIV LE 14 16 4 Instalacao Eletrica 4 1 Instala o El trica do Servoconversor 4 2 Refer ncia Anal gica de Velocidade L 4 3 Invers o do Sentido de Giro oll ls 4 4 Medidor Anal gico de Velocidade L D A S ee EINI 6 Resultados Obtidos O HAE MIA El TE a ee EES XE a REN O26 Duper Druc CN sass ansaa A x X PER Oe eS Dee ae een eee ee eee E MEE ee TTC 7 Conclusoes 7 1 Conclusdesl 4444444 eee 7 2 Trabalhos Puturos l L Referencias Bibliogr ficas A Simbologia B Diagrama Eletrico C Diagrama de Comando 27 27 28 29 32 33 39 34 39 37 37 38 38 45 AT 48 48 49 52 53 54 56 Lista de Figuras 1 1 Diagrama esquem tico resumido das fam lias de motores 2 2 1 Rela o entre as partes constituintes de um sistema automatizado 5 2 2 Servomotor adquirido pelo Laborat rio de M
5. P0202 Modo de Operacao Ao configurar o Modo de Operac o o servoconversor ficar preparado para ser controlado por diversos tipos de dispositivos externos ligados s entra das anal gicas e ou digitais no caso desta bancada o dispositivo o po tenciometro O parametro pode ser ajustado para os seguintes valores e 1 Modo torque e 2 Modo velocidade configurac o atual e 4 Modo ladder controle de torque velocidade ou posi o e 5 CANopen controle de torque velocidade ou posic o e 6 Profibus DP P0121 Refer ncia de Velocidade Este parametro muito importante ainda mais se escolhido no P0202 o modo de operacao por refer ncia de velocidade Os valores podem variar de 9 999 a 9 999 respeitando a velocidade nominal do servomotor que no caso do SWA 562 2 5 20 6 de 2 000 rpm O valor ajustado aqui servir como refer ncia da velocidade de giro do servo motor 34 Com estes 5 par metros configurados j possivel uma utilizac o b sica do servoconversor e do servomotor Na secao adiante serao apresentados parametros adicionais e suas respectivas configuracao para as funcionalidades atuais do meca NISMO 5 3 Par metros de Regulacao Os par metros a seguir visam uma funcionalidade mais avancada do servoacio namento em questao com o objetivo de retomar a utilizacao anterior quando era utilizado o SCA04 P0111 Sentido de Giro A mudanca de sentido de giro pode ser feit
6. evolucao tecnol gica dos dispositivos semicondutores de pot ncia e de materiais magn ticos de elevados magnetismo remanente e forca coercitiva os motores CC eram o tipo mais utilizado em servoacionamento pois permitiam o controle de torque com mais facilidade e precis ol31 A crescente utilizac o de motores el tricos com acionamento por eletr nica de potencia deu uma sobrevida ao estudo de m quinas el tricas considerado desinte ressante por muitos alunos Este avanco tecnol gico permite a substituic o de alguns tipos de motores por outros diminuindo custos e melhorando o desempenho de modo geral 4 Sendo esta a maior motivac o para um estudo mais aprofundado do servomotor 1 2 Objetivo Este trabalho objetiva principalmente acrescentar conte do forma o de En genharia El trica que apesar de conter estudos de m quinas el tricas possui pouca aten o s t cnicas de controle destas vistas em detalhes em apenas na disciplina Acionamentos e Controles El tricos Outras disciplinas como Laborat rio de Siste mas de Controle 1 e II abordam o assunto superficialmente mas n o aprofundam seu estudo Na disciplina Acionamentos e Controles El tricos h uma multidisciplinari dade juntando o estudo de m quinas el tricas sistemas de controle eletr nica de pot ncia entre outros procurando atender necessidade de se fazer uma conex o dos conte dos oferecidos durante o curso de Engenharia El trica
7. o que podem ser conectados ao SCA06 fornecendo assim novas op es de utiliza o No momento da realiza o deste trabalho a WEG j havia desenvolvido 9 m dulos de expans o dos quais apenas 2 eram interessantes para realiza o deste trabalho e foram adquiridos pelo Laborat rio de M quinas El tricas Existem 3 poss veis slots de encaixe para estes m dulos opcionais que s o de f cil conex o no SCA06 utilizando tecnologia plug and play ou seja s o reconhecidos e instalados automaticamente pelo servoconversor Os dois m dulos escolhidos s o necess rios para recuperar dois importantes equi pamentos do funcionamento anterior a IHM externa e o Medidor Anal gico de Velocidade Os m dulos s o brevemente apresentados a seguir M dulo de Expans o de Sa das Anal gicas EAN2 Pode ser instalado em qualquer slot e tem a seguinte caracter stica e 2 sa das anal gicas com excurs o de 10V a 10V e resolu o de 12 bits Asim pode se configurar o m dulo visto na figura 3 3 para o uso pretendido como sa da anal gica de velocidade para conex o com o medidor anal gico na parte exterior do painel Figura 3 3 M dulo de Expans o de Sa das Anal gicas EAN2 25 M dulo de Expansao de Comunicac o Ethercat ECO4 Pode ser instalado somente no slot 2 e tem a seguinte caracteristica e 1 interface Ethercat com 2 entradas para conectores RJ45 Com um cabo padr o Ethercat 6 possivel c
8. quinas El tricas 6 2 3 Esquema de um resolver ooa aaa a a 7 n 10 2 5 Pinagens do conector X2 no servoconversor a e no servomotor b 12 2 6 Conector X5 a e fonte externa de tens o b lt 13 2 7 Pinagens do conector X8 no servoconversor a e no servomotor b 13 2 8 Imagem do conector XD 14 2 9 Ilustra o da IHM e identifica o das teclas 15 3 1 Bancada did tica aberta a sua disposi o externa de chaves b e servomotor fixado na parte inferior c lt 20 3 2 Bancada did tica aberta a e fechada b para visualiza o de dis posi o de chaves e equipamentos 21 3 3 M dulo de Expans o de Sa das Anal gicas EAN2 25 4 1 Diagrama de blocos do controle em cascata de um MSIP 28 4 2 Vistas das partes frontal a e anterior b do pot nciometro de 5K 29 4 3 Chave acionadora da invers o do sentido de giro alternando entre hor rio e anti hor rio 29 4 4 Configura o esquem tica das conex es do potenci metro 30 4 9 Circuito representativo da situa o de maxima resist ncia no po eee oe e Tee eee rere ree 31 xl 4 6 Resistores de 1k 2 que dividem a tens o da fonte 24V4 32 4 7 Vistas das partes frontal a e anterior b do medidor anal gico de ee ee ee ee ENA J 32 6 1 Medidas de velocidade e
9. Be us T d p T is TL HMAN 6 8249S v Ct LI L LOL l l JojouloAJos Janjosay Jod oe5isod 90109 ap SEPIES Sepemug x E HX ET9 ZS 114 due yazan Ss mice aes ye eec EN LT pax ee ee RG CIC CE M CONCI cdqodsog 90VOS TT erusjod JOSI9AUOIOAISS V n op oe5ejuauully 6X 0 0 0 eo2luoJ 9 o loce ep oe5ejuouully SX SOC WML OLX NOTT 08E Obb 61065 aAeUD LO LL OLX dO Ap ndice C Diagrama de Comando cili VIOHINI JA OISIA OISYHOH ORSYYOH LLNV 8 OIHYHOH OlMVHOHALNV OQVOrIS3d cA e Ly OQNVOr1 Q9 LH X ve ca c ANDA ce el L Sale vale eaz val val val ca c ANDA eg LW v amp 4 e 2 9 CE GAMO 8v L N e bl IV Vi el cl LL VOI LS VOI Ie3d cS 8v L O7
10. Software de Programac o Ladder Neste trabalho serao dadas instru es b sicas de funcionamento e dicas no for mato passo a passo do programa SuperDrive G2 servindo como um tutorial que permite um aprendizado inicial Portanto neste capitulo haver um resumo das configuracoes basicas para fun cionamento correto do SCA06 considerando a instala o existente e apresentada nos cap tulos 9 e 33 5 2 Par metros de Operacao Existem alguns par metros priorit rios gue definem a operacao do servoconver sor e o mesmo nao ira funcionar sem a configuracao correta destes listados a seguir P0000 Acesso aos Par metros Este parametro deve receber uma senha o valor 5 para permitir alteracao dos parametros que nao forem classificados como somente leitura P0099 Habilitacao Para habilitar ou desabilitar o servomotor este parametro deve ser ajustado para 1 ou O respectivamente A habilitac o pode ser proveniente de dife rentes fontes mas nao deve se ter habilitacao atrav s de duas ou mais fontes simultaneamente P0385 Modelo do Servomotor Para correto funcionamento do servoconversor o modelo de servomotor utili zado deve ser informado Os valores possiveis vao de 1 a 99 e a lista no manual dever ser consultado na hip tese de alteracao do servomotor utilizado Na atual configuracao este parametro se encontra no valor 3 referente ao SWA 562 2 5 20 utilizado pela bancada
11. b e servomotor fixado na parte inferior c O SCA06 deve ser instalado na posi o vertical como visto na figura na parte superior a direita da bancada e deve se considerar o peso do mesmo que consideravelmente mais leve que o SCA04 Existem instru es para instala o de servoconversores lado a lado que n o se aplica neste momento A parte superior do servoconversor elimina calor e n o deve haver componentes sens veis temperatura sobre o equipamento Al m disso para opera o dentro da faixa de temperatura deve haver exaust o adequada j que o SCA06 encontra se dentro do painel 3 2 Fun es do Servoacionamento O principal objetivo da bancada did tica montada com o SCA04 era a forma o e o treinamento de t cnicos na solu o de problemas como por exemplo falta de refer ncia de velocidade e falta de habilita o H tamb m algumas outras fun es como stop plus e resistor de frenagem que n o se encontram dispon veis atualmente O foco deste trabalho n o recuperar estas fun es mas sim deixar um fun cionamento b sico do servoacionamento para demonstrar as vantagens do mesmo Para isso determinou se fun es priorit rias de refer ncia anal gica de velocidade invers o do sentido de giro e medi o anal gica de velocidade 20 Na figura s o apresentadas as fotos com as disposi es externa e interna de chaves e componentes do painel Serao listadas e brevemente comen
12. caracter sticas dos servomotores S WA e Forca contra eletromotriz senoidal e Rotacao suave e unitorme em todas as velocidades e Baixo nivel de ruido e vibracao e Ampla faixa de rotac o com torque constante e Elevada capacidade de sobrecarga e m s de terras raras Nd Fe B e Baixa in rcia devido ao baixo volume e Realimentacao por resolver e Resposta din mica r pida 2 3 Descri o do Servoconversor Como parte constituinte do servoacionamento temos ainda al m do servomotor o servoconversor O objetivo deste equipamento ser um produto de alta perfor mance que permite o controle de velocidade torque e posi o de servomotores de corrente alternada trif sicos Sua caracter stica central o alto desempenho e alta precis o de controle do movimento do eixo do servomotor devido opera o em malha fechada atrav s da realimenta o de posi o dada pelo sensor dentro do servomotor 9 O controle de equipamentos para acionamentos industriais comumente rea lizado por interm dio de um microprocessador que carrega em si um programa armazenado Al m das fun es de controle comum tamb m que este processador tenha fun es de comunica o com o operador e com outros dispositivos Para os servoconversores o tipo mais apropriado de processadores s o os mi crocontroladores pois estes possuem em uma mesma pastilha de sil cio a unidade central de processamento CPU circuitos de mem ria
13. determinado evento no sistema As vari veis s o exportadas e armazenadas em arquivos de computador utili zando o software SuperDrive G2 executado em um PC conectado via USB ou via serial ao SCA06 podendo ser vistas sob a forma de gr ficos No cap tulo 6 ser demonstrada a utilizac o da funcao Trace como demons tracao de resultados P0300 P0301 P0302 Func o da Entrada Digital Outras fun es interessantes sao as de configura o de entradas digitais que podem ser expandidas em at 36 entradas digitais com a utilizacao de acessorios As funcoes que as entradas digitais podem assumir sao diversas e devem ser consultadas no Manual de Programacao da WEG 36 Capitulo 6 Resultados Obtidos 6 1 Funcionamento Mec nico O resultado obtido mais evidente e desejado basicamente o correto funci onamento dos equipamentos Com isto os botoes de liga e desliga executam suas funcoes o potenci metro atua corretamente como a referencia de velocidade externa tornando possivel a variacao gradual da velocidade e a func o mais esperada a in vers o do sentido de giro atraves de botoeira localizada na parte fronta do painel Tudo isso de forma similar ao funcionamento anterior com o SCA04 A invers o do sentido de giro 6 praticamente imperceptivel visualmente em velo cidades a partir de 700rpm O medidor por ser um galvanometro de escala com zero central mostrara atrav s do ponteiro a invers o da polari
14. do conector X9 onde os pinos 4 5 e 6 referentes s fun es L1 L2 e L3 respectivamente visualizados na figura 2 8 recebe a conex o da rede externa trif sica sendo esta a opera o atual Com a devida programa o do SCA06 uma alternativa utilizar 2 fases em alimenta o monof sica Ocorre uma redu o de corrente nominal de sa da de 5 para 4 amperes 9 com a tens o de alimenta o CA conectada de forma monof sica em dois de quaisquer dos bornes de entrada L1 L2 e L3 Portanto a maior problem tica se apresenta no conector X1 de sinais de con trole que muito diferente nos dois equipamentos As funcionalidades s o basica 27 mente as mesmas mas no SCA06 existem menos conex es em comparac o ao SCA04 por trabalhar com m dulos de expansao Como complementacao instrucoes tecnicas mais especificas de protecao cabos entre outros podem ser consultadas diretamente dos manuais do eguipamento 4 2 Refer ncia Anal gica de Velocidade O SCA06 possui dentro de sua vasta gama de par metros de programa o os controladores PID de velocidade PI de corrente e P do regulador de posi o cujos ganhos podem ser ajustados manualmente para otimizar a resposta din mica de velocidade e a resposta din mica de posi o atrav s da programa o dos respectivos par metros 10 Por se tratar de um sistema em malha fechada com controlador PID a resposta entrada de refer ncia tende a erro zero
15. e circuitos auxiliares dedi cados a fun es de entrada e sa da tais como convers o anal gico digital e sa das digitais moduladas por largura de pulso PWM 4 Em uma aplica o de controle de servoacionamento o microcontrolador res pons vel por diversas tarefas de tempo real listadas a seguir e Aguisic o de sinais de posic o e velocidade para fins de controle atrav s de interfaces digitais para sensores do tipo resolver ou encoder e Aguisic o de sinais de corrente para fins de controle e protec o convers o anal gico digital e Execu o de algoritmo de controle de velocidade ou posi o e Execucao de algoritmo de controle em coordenadas s ncronas d q e C lculo de valores de refer ncia para PWM das tens es produzidas pelo conversor O servoconversor utilizado foi adquirido pelo Laborat rio de M quinas El tricas sendo o modelo SCA06 tamb m da WEG Automa o pr prio para controlar o modelo de servomotor apresentado anteriormente O objetivo principal deste trabalho recuperar a bancada did tica de aciona mento do servomecanismo em quest o a partir da substitui o do servoconversor SCA04 defeituoso pelo recentemente adquirido SCA06 Portanto adapta es das conex es el tricas ser o necess rias para que se utilize o novo modelo corretamente Os conectores de cada equipamento apesar de possu rem fun es e objetivos semelhantes s o suficientemente dife
16. em regime permanente devido parcela Integral que pode levar o sistema instabilidade devido a introdu o de um polo na origem O controle proporcional tamb m reduz o erro e causa instabilidade com ganhos elevados o controle derivativo atua para melhorar a estabilidade 11 A figura 4 1 mostra o diagrama de blocos do controle de um MSIP gue feito por meio de malhas em cascata As malhas mais internas controlam as vari veis com din mica mais r pida sendo que malha mais interna de controle de corrente sobrepoe se uma malha de controle de velocidade e a esta uma malha de controle de posicao Regulador Regulador Regulador de posic o de velocidade de corrente Inversor V 14 Ei Ej Be NS de Park Isa Enfraquecimento de campo Figura 4 1 Diagrama de blocos do controle em cascata de um MSIP Portanto pode se programar uma determinada velocidade de refer ncia no ser voconversor que o servomotor ter aquela velocidade exatamente 28 Para fazer uso da refer ncia anal gica de velocidade interessante usar um po tenciometro visto na figura cuja tensao de saida servir como a referencia externa de velocidade TRT a Bot o de ajuste do potenci metro b Conex es do potenci metro Figura 4 2 Vistas das partes frontal a e anterior b do pot nciometro de 5kQ Conforme a tens o do potenci metro varia o servomotor quando corretamente configurado ter sua v
17. es e de forma conveniente E poss vel ainda armazenar no computador em arquivos par diferentes programacoes para variadas funcionalidades Conclui se assim a funcao b sica de edic o de par metros Projeto Drive Ferramentas TI i nie aioe eos Projeto F SCA 06 B Drive g f 1 SCA 06 V1 29 SCA 06 2014 04 24 par Trace giro ai trace Trace giro corrente trace Trace giro i n trace Trace giro tensao trace Trace giro v n trace Trace test giro 6 trace Escrever par metros do PC para o drive Figura 6 8 Opc o para escrever os par metros alterados na mem ria do drive A Funcao Trace Como visto na secao a fun o Trace pode registrar vari veis de interesse Para configurar a funcao necess rio selecionar a opc o Configurar Trace e program la corretamente A figura 6 9 mostra a tela inicial da fun o Cac rac Fun o Trace Exportar Imprimir Mover Zoom Restauralargura Restaura Altura Altura Autom tica Legenda Sem dados dispon veis Vis vel Descri o Tempo da Valor daa Unidade M nimo MT Figura 6 9 Tela inicial das op es da fun o Trace Configura o da fun o Trace Com a tela de configura o aberta figura 6 10 pode se visualizar cada uma das op es e configur las da forma desejada e adequada s necessidades 569 Periodo de Amostragem 576 Estado da Func o Trace 3 Conduido 577 Ind
18. forma mais simplificada e grav los de uma s vez na mem ria do servoconversor Mais adiante uma breve explicac o do programa tamb m ser feita para auxiliar trabalhos futuros de alunos que n o possu rem familiariza o com o mesmo 2 4 Aplicacoes T picas As aplica es de um servomotor exigem deste din mica controle de rota o torque constante e precis o de posicionamento Portanto as caracter sticas mais desejadas nos servomotores s o o torque cons tante considerando uma larga faixa de rota o uma larga faixa de controle da rota o e alta capacidade de sobrecargal3 Torno de Superf cie Laminador Desfolhador Neste tipo de aplica o a velocidade superficial entre uma determinada pe a e uma ferramenta de corte tem de ser constante O torque varia inversamente com a rota o para obedecer a condi o de que a velocidade tangencial da pe a ou cilindro seja sempre constante O servoconversor deve ser programado no modo torque para o controle correto do servomotor 16 Sistemas de Transporte Alguns dos sistemas de transporte s o constitu dos por esteiras correias cor rentes mesas transportadoras entre outros Dependendo do tipo de trans porte os sistemas podem ser agrupados de acordo com o seu tipo de movi mento que pode ser rotacional ou linear por exemplo Pode ser desej vel manter a velocidade constante o que se obt m atrav s da informacao ao servoconversor de uma refer
19. nova configuracao da bancada Foram elaborados novos diagramas para substituir os gue foram elaborados pela WEG Com os diagramas de comando originais foi possivel desvendar diversas conexoes e chegar a muitas das solucoes apresentadas neste trabalho Estes diagramas nao devem ser descartados pois ainda cont m referencias uteis para trabalhos futuros Ainda assim os novos diagramas tamb m sao muito importantes pois apresentam a atual conexao de forma clara e objetiva Por terem um tamanho consider vel os diagramas s o apresentados nos apendices e AT Capitulo 7 Conclusoes 7 1 Conclusoes Durante a realiza o deste trabalho foi poss vel obter experi ncia de laborat rio alem da adguirida nas disciplinas experimentais do curso exigindo evolucao e ama durecimento de um tema que nao possu a instrucoes claras e bem definidas como seria o caso em um curso devidamente elaborado pelo corpo docente Portanto um importante objetivo deste presente trabalho deixar uma re fer ncia clara e organizada do trabalho realizado no servomecanismo do Laborat rio de M quinas El tricas Entender todas as conexoes necess rias o funcionamento correto da bancada e a utilizacao dos diferentes m todos de controle e acionamento do servomotor foi parte essencial do trabalho E demasiadamente importante que alunos e professores interessados em futuros estudos deste sistema possam atrav s deste trabalho compreende
20. o est conectado 6 Identifica o Manual drive n o est conectado Identificac o Autom tica Identificac o Manual Tipo de Conex o USB Iniciar do endereco ik Tipo de Drive o conter a Identifica o autom tica do drive b Identificacao manual do drive Figura 6 4 Telas com as opcoes de identificacao autom tica ou manual do drive 39 Identificacao manual Com a selec o de identificacao manual deve se escolher o modelo do conversor na lista fornecida figura 6 5 assim como a vers o instalada do firmware _ Tens o Corrente Nominal o Cee Figura 6 5 Selec o manual do modelo e vers o Principais opcoes Uma vez criado o projeto podemos acessar as opcoes b sicas gue s o Novo Arguivo de Par metros e Func o Trace icones vistos na figura 6 6 Func o Trace Drive B E 1 SCA 06 V1 29 SCA 06 2014 04 24 par Trace giro ai trace Trace giro corrente trace Trace giro i n trace Trace giro tensao trace Trace giro v n trace Trace test giro 6 trace Gera um novo arquivo de par metros com valores conforme ajuste de fabrica Figura 6 6 Opcoes basicas do SuperDrive G2 Editor de parametros Ao solicitar um Novo Arquivo de Par metros um arquivo no formato nome do arquivo par criado e inclu do na lista do projeto Com um duplo clique pode se abrir o mesmo e entrar no Editor de parametros figura 6 7 O editor muito intere
21. que possuem etiquetas identificadoras para facilitar a compreens o e saber a proced ncia de cada um portanto AI X1 6 e AI X1 7 eram no SCA04 os bornes da entrada anal gica da refer ncia de velocidade Na figura j est indicada tamb m a solu o encontrada para o fato do SCA06 n o possuir uma fonte interna de 10V como o SCA04 Foram utilizados dois resistores de 1kQ cada para dividir em 12V a tens o da fonte de 24V estando abaixo do limite superior de 14V indicado pelo manual do SCA06 Fonte 24Vcc R4 R gt 1kO Al X1 21 10V AI X1 22 10V SCA06 Pot nciometro 5kQ AI X1 8 Al 14 Chave S8 Al X1 9 Al1 Figura 4 4 Configurac o esquem tica das conexoes do potenci metro Foram medidas as tens es envolvidas nesta soluc o A tens o sobre cada resis tor apresentou resultados diferentes pois os resistores n o s o de fato iguais As medidas foram de 13 e 11V somando os 24V da fonte 30 A chave 8 de invers o de sentido de giro guando acionada simplesmente troca a alimenta o do potenci metro entre V e V_ que em m dulo s o as tens es de 13 e 11V medidas A tens o aplicada na entrada anal gica sobre os pontos AI X1 8 AI1 e AI X1 9 AI1 varia ent o de 0 a 11V quando girando em sentido hor rio e de 0 a 11V guando em sentido anti horario Quando o potenci metro se encontra na posicao de minima resistencia que nao chega a zero pois haveria um curto circuito a tens
22. 0rpm para 1 000rpm por exemplo o trigger acionado e os dados sao transferidos ao computador 43 Dados da func o Trace Como exemplo da utiliza o da fun o Trace foi selecionado um trigger do evento da invers o no sentido de giro do motor Apos a acao do trigger os dados sao exportados para o computador e podem ser visualizados deve se selecionar a opc o Adquirir Dados que mostrar o gr fico das vari veis Uma pr via do resultado vista na figura 20m Restauralargura RestauraAltura Altura Automatica Legenda k AAA t 0 09 Tempo s Tempo da Valor da Unidade Minimo Maximo 0 0000 0 1 A 1 617 6 221 0 0000 0 3 A 1 617 6 221 0 0000 989 rpm 1 154 243 1 126 165 7 Genfer Trace Figura 6 11 Dados adquiridos pela fun o Trace Estes dados ficam armazenados no computador em arquivos no formato dat um para cada vari vel medida Os dados podem ser exportados atrav s do cone visto na figura 6 12 para o formato csv para serem acessados por outros programas como por exemplo o Matlab ou Excel Projeto Drive Ferramentas Ajuda mi E Projeto cff SCA 06 3 Drive S f 1 SCA 06 v1 29 SCA 06 2014 04 24 par Trace giro ai trace Trace giro corrente trace Trace giro i n trace Trace giro tensao trace Trace giro v n trace Trace test giro 6 trace Exporta o arquivo de trace previamente criado
23. Entrada digital 3 T COM3 optoacoplada 8 All Entrada anal gica 1 9 All diferencial X2 Entrada de Realimentacao de Posicao por Resolver Este conector tamb m se encontra na parte frontal do servoconversor Sua func o informar a posicao exata do eixo do servomotor transmitindo os 11 sinais de realimentacao provenientes do resolver do servomotor As pinagens e fun es podem ser vistas na figura 2 5 e na tabela 2 5 O O o O O O o OG a Conector X2 no servoconversor b Conector X2 no servomotor Figura 2 5 Pinagens do conector X2 no servoconversor a e no servomotor b Tabela 2 3 Pinagem e funcoes do conector X2 de realimentacao de posic o Motor Funcao SCAO06 A COS 1 B COS 7 C SIN 8 D GND 9 E SIN 3 F OSC 5 G 5 V 2 H PTC 6 I Nao conectado Blindagens internas 4 J Blindagens externas Carcaca X3 Porta USB O conector X3 localizado ainda na parte frontal uma porta USB que permite que o servoconversor se comunique com um computador sendo possivel a leitura e escrita de parametros alem tamb m de download e monitoracao do programa do usuario X4 Rede CAN Esta interface 6 uma rede de comunicac o isolada CAN se refere a Controller Area Network e o conector se encontra logo abaixo da IHM do servoconversor X5 Alimentacao da Eletr nica Encontra se na parte inferior do servoconversor e pode ser visto na figura Esta alimentacao de controle deve ser feita s
24. P Nd Fe B PID PWM Sm Co WLP Densidade de Fluxo Magn tico p Controller Area Network ou Rede de Controle de Area em portugu s p Corrente Alternada p Counterclockwise ou sentido anti hor rio em portugues p Corrente Cont nua p Controlador L gico Program vel p Central Processing Unit ou Unidade Central de Processamento em portugues p 9 Clockwise ou sentido hor rio em portugu s p Intensidade de Fluxo Magn tico p Interface Homem M quina p Motor S ncrono de Ima Permanente p Neodimio Ferro Boro p Proporcional Integral Derivativo p Pulse Width Modulation ou Modulacao por Largura de Pulso em portugu s p 9 Sam rio Cobalto p WEG Ladder Programmer p XIV Capitulo 1 Introducao 1 1 Motiva o O modelo vigente de sociedade baseado em forte industrializa o e comerci aliza o quase onipresente faz grande uso das m quinas el tricas cujas diversas aplica es formam um vasto campo de estudo e utiliza o poss vel citar brevemente alguns dos usos mais comuns de m quinas el tricas como a convers o de energia mec nica para fornecimento de energia el trica o que caracteriza um gerador ou a m quina que realiza a tarefa reversa um motor Motores s o amplamente utilizados na ind stria com aplica es de movi menta o de cargas atrav s do uso esteiras e elevadores m quinas que realizam tarefas como prensas e laminadores bom
25. Universidade Federal do Rio de Janeiro Escola Politecnica CONFIGURACAO E FUNCIONAMENTO DE UM SERVOACIONAMENTO Leonardo Franco Pinto Projeto de Graduacao apresentado ao Corpo Docente do Departamento de Engenharia Eletrica da Escola Polit cnica da Universidade Federal do Rio de Janeiro como parte dos requisitos necess rios obtencao do t tulo de Engenheiro Eletricista Orientador Richard M Stephan Rio de Janeiro Dezembro de 2014 CONFIGURACAO E FUNCIONAMENTO DE UM SERVOACIONAMENTO Leonardo Franco Pinto PROJETO DE GRADUACAO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELETRICA DA ESCOLA POLITECNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REOUISITOS NECESSARIOS PARA A OBTENCAO DO GRAU DE ENGENHEIRO ELETRICISTA Examinado por Prof Richard M Stephan Dr Ing Prof Elkin F Rodriguez Velandia D Sc Prof Maria D Bellar Ph D RIO DE JANEIRO RJ BRASIL DEZEMBRO DE 2014 Franco Pinto Leonardo Configura o e funcionamento de um Servoacionamento Leonardo Franco Pinto Rio de Janeiro UFRJ Escola Politecnica 2014 pl il 29 7cm Orientador Richard M Stephan Projeto de Gradua o UFRJ Escola Polit cnica Departamento de Engenharia El trica 2014 Refer ncias Bibliogr ficas p 52 52 1 Acionamento 2 Servomotor 3 Servoconversor 4 Servoacionamento 5 Controle 6 Malha fechada I M Stephan Richard II Universidade Federal do Ri
26. a da anal gica nos bornes P1 e P1 O ponteiro medidor e os bornes de alimenta o podem ser vistos nas fotos da figura W W N soo O 500 en o ec S D aes Ca a Ponteiro mostrando medida b Alimenta o do medidor Figura 4 7 Vistas das partes frontal a e anterior b do medidor anal gico de velocidade Lembrando que esta medida s pode ser feita de forma precisa utilizando o modulo de expans o EAN2 apresentado na se o 3 3 pois desta forma recebe se do servoconversor uma medida correta da tens o proporcional velocidade do motor 32 Capitulo 5 Configuracao do Servoconversor 5 1 Configuracao do Servoconversor O SCA06 possui extensos manuais de utilizac o sendo os seguintes e Manual de Programacao e Manual do Usuario e Refer ncia R pida dos Par metros Falhas e Alarmes e Manual do Software de Programacao Ladder O objetivo deste capitulo nao reproduzir inteiramente nenhum destes manuais pois todos podem ser adquiridos gratuitamente atrav s do site da WEG A ideia 6 apresentar as configuracoes mais importantes e mais interessantes relacionadas a este trabalho O SCA06 funciona atrav s da configura o dos valores de seus in meros parametros que podem ser alterados diretamente atrav s de sua IHM ou atrav s dos softwares da WEG Automa o e SuperDrive G2 Software de Parametrizacao de Drives e WEG Ladder Programmer WLP
27. a atraves deste par metro ou atraves de uma programacao ladder que utilize entradas e saidas digitais A configuracao atual faz a mudanca de giro como ja explicado na secao para evitar que um usuario que desconheca o manual ou os equipamentos precise operar os parametros P0232 Func o da Entrada Anal gica All A fun o All referente Analogic Input 1 ou seja entrada anal gica 1 Este par metro pode ser programado como desabilitado valor 0 habilitado como referencia de corrente para controle da mesma valor 1 ou refer ncia de velocidade valor 2 A configurac o atual utiliza esta entrada anal gica como referencia de veloci dade dada pela tens o vari vel do potenci metro j apresentado na se o 4 2 para permitir uma variacao gradual da velocidade e controle externo Quando configurado deste jeito o par metro P0121 torna se um par metro apenas de leitura que indica a velocidade de giro do servomotor A refer ncia de velocidade dada pela seguinte equa o Var Nref x P0233 x P0402 5 1 f Tov S Onde Neg e Var s o respectivamente a velocidade em rpm de refer ncia e a tens o aplicada na entrada anal gica Os parametros P0233 e P0402 serao explicados a seguir P0233 Ganho da Entrada Anal gica All Este um ganho aplicado a referencia de velocidade apenas um multiplica dor como pode ser visto na equacao 5 1 A ideia ajustar este ganho para que 39 a
28. acionamentos 12 ed Jaragu do Sul SC WEG Automacao 4 STEPHAN R M Acionamento Comando e Controle de M quinas El tricas 12 ed Rio de Janeiro Editora Ciencia Moderna Ltda 2013 5 FITZGERALD A E KINGSLEY C M quinas El tricas 62 ed Bookman 6 CHAPMAN S J Electric Machinery Fundamentals Hightstown McGRAW HILL 7 MORETON P Industrial Brushless Servomotors Woburn Newnes 2000 8 LEONHARD W Control of Electrical Drives 32 ed Nova York Springer 2001 19 WEG A Manual do Usu rio S rie SCA06 42 ed Jaragu do Sul SC WEG Automac o 2013 10 WEG A Manual de Programa o S rie SCA06 software V1 4X 52 ed Jaragu do Sul SC WEG Automac o 2012 11 FRANKLIN G F POWELL J D EMAMI NAEINI A Feedback Control of Dynamic Systems 4 ed Upper Saddle River New Jersey Prentice Hall 2002 02 Ap ndice A Simbologia aberto NA Contato NA de forca nucleo magnetico fechado NF En e Contato NA acionado L mpada de Contato NF acionado sinaliza o manualmente Bobina M dulo de eletromagn tica chaveamento Bobina de Rel t rmico acionamento g Rele eletromagnetico de sobrecarga Chaveamento de aclonamento Resolver disco de in rcia Fecho mec nico Servomotor MSIP trifasico 95 A pendice B Diagrama El trico MOI H MO E 07 S T T9S VMS er24our ep o siq AOJOLUOAISS ADAJOSOY Giolgiv ayo Va fu Ta 1 tayo Ww
29. alha Indispon vel 17 Refer ncia Anal gica de Velocidade Dispon vel 18 Invers o do Sentido de Giro Disponivel 19 Luzes indicativas das falhas Indisponivel 20 Chaves de conserto de falhas Indisponivel 21 Chave geral de alimenta o Dispon vel 1 Medidor Anal gico de Velocidade E um ponteiro medidor que deve ser alimentado com tens o proporcional velocidade do motor se trata de um galvan metro composto por uma bobina de um fio muito fino montada em um eixo m vel instalada entre os polos de um ima fixo Quando circula corrente el trica pela bobina o campo magn tico formado inte rage com o campo do ima fazendo um ponteiro preso bobina se movimentar de forma proporcional intensidade da corrente el trica que a percorre 2 Interface Homem Maquina externa A IHM uma interface de opera o do sistema permitindo que o usu rio realize a programa o do servoconversor este pode enviar para o visor in forma es como alarmes de falhas para visualiza o do usu rio 3 Luz indicativa de sistema desligado Luz que indica quando o sistema est desconectado da alimenta o trif sica da rede 4 Luz indicativa de sistema ligado Luz que indica quando o sistema est conectado alimenta o trif sica da rede 5 Luz indicativa da funcao Stop Plus A luz indica se a func o Stop Plus est acionada esta func o faz com que o motor siga uma rampa de velocidade ajustada atraves d
30. ao tamb m m nima e pr xima de zero sendo igual a uma referencia de velocidade igual a zero Conforme a resist ncia sobe at a posi o de resist ncia m xima igual a 5kQ tem se duas resistencias em paralelo a de 1kQ colocada para se obter 12V ea resistencia do potenci metro como mostra a figura 4 5 VperDas 2V Rp ERDAS 5kO V r7 13V Figura 4 5 Circuito representativo da situac o de m xima resistencia no po tenci metro Como a resist ncia de 1k 2 menor que a m xima resist ncia do potenci metro a maior parte da corrente passar por ela Mesmo assim ainda haver corrente passando no potenci metro resultando ent o nessa queda de tens o Essa pequena perda representada na figura pela resist ncia RpERDAS que ocorre provavel mente devido s conexoes que passam por fusiveis e outros elementos passivos Desta forma resolveu se ent o o problema de utilizar o potenci metro como refer ncia externa de velocidade e a chave de sentido de giro no SCA06 Na figura poss vel visualizar os resistores em detalhe assim como as co nex es feitas com a fonte de 24V 31 b Resistores em detalhe a Conex o dos resistores com a fonte Figura 4 6 Resistores de 1kQ que dividem a tens o da fonte 24V 4 4 Medidor Anal gico de Velocidade O medidor anal gico de velocidade um galvan metro com um ponteiro que recebe uma tens o proporcional velocidade da s
31. assa alta e passa baixa satura o compara o blocos para controle de posi o velocidade e torque Portanto um trabalho bastante pr tico com aplica o de carga seria uma si mula o de um elevador Como motiva o pode se imaginar algum processo indus trial que precise movimentar pequenas cargas com precis o Para realizar esse trabalho deve se encontrar a melhor maneira de conectar de forma segura uma polia ao eixo do motor e algum suporte resistente para se colocar pequenos pesos Atrav s de programa o Ladder pode se determinar 2 ou 3 n veis andares e ajustar a acelera o de forma suave para n o haver um arranque brusco da carga Deve se implementar um controle de posi o para determinar os locais de parada da carga As entradas e sa das digitais seriam como os bot es de um elevador normal onde poderia haver bot es referentes aos n veis hipot ticos Um ponto de partida para este trabalho pode ser uma adapta o do exerc cio 8 1 do livro Acionamento Comando e Controle de M quinas El tricas 4 ol Referencias Bibliogr ficas 1 ALMEIDA A T FERREIRA F J E FONG J A Standards for Super Premium Efficiency class for electric motors Industrial amp Commercial Power Systems Technical Conference Conference Record 2009 IEEE pp 1 8 maio 2009 2 WEG A Motores El tricos Jaragu do Sul SC WEG Automa o 13 WEG A Guia de Aplica o de Servo
32. beamento compressores guindastes sendo esta uma pequena lista de exemplos de usos que nos afetam indiretamente H tamb m ainda in meras outras aplica es que envolvem as pessoas direta mente como o aux lio na movimenta o atrav s de ve culos sejam carros el tricos ou h bridos e trens elevadores em edif cios equipamentos dom sticos como ventila dores liquidificadores e outros utens lios Assim percebe se a import ncia de tal equipamento principalmente na ind stria que pode ser comprovada pelo seu consumo de energia Na ind stria os motores el tricos representam de 30 a 40 do consumo da energia el trica gerada no mundo e em lugares com maior riqueza como na Uni o Europeia o consumo pode chegar at 70 Por fim no setor terci rio o de edifica es n o residenciais o consumo chega a aproximadamente 33 1 sendo assim menos relevante mas n o menos Importante Portanto o entendimento do funcionamento de m quinas el tricas atrav s das an lises de desempenho e efici ncia dos estudos para melhorias construtivas das caracteristicas de servico e do ambiente a serem utilizados se tornam informacoes de extrema import ncia gue est o diretamente ligadas ao consumo da energia e a propria efici ncia e execu o das tarefas para as quais se deseja um determinado motor Existem muitos tipos de motores el tricos que podem ser divididos em tr s principais familias motores CC de corrente m
33. conhecimento me ajuda a levantar todos os dias e batalhar para obter o m ximo das oportunidades que me s o apresentadas lenho ainda diversos amigos que mesmo indiretamente ajudaram a manter meu foco e at mesmo minha sa de mental estando sempre presentes em momentos dificeis e fornecendo os momentos de lazer e descanso essenciais para vencermos as dificuldades do dia a dia Com profundo respeito e admiracao pela UFRJ e o Departamento de Engenharia Eletrica agradeco ao meu orientador e meus professores que mais me cobraram em suas disciplinas os que me ensinaram a valorizar o estudo e sentir orgulho do que aprendemos atrav s de nosso esforco Da vontade de n o decepcionar a n s mesmos ao fim de um per odo sendo recompensado com merecidas boas notas adquiridas com suor e estafa f sica e mental Pude contar ainda com in meros colegas de graduacao e futuramente de pro fissao nos mais variados grupos de estudo e trocas de experiencias e aprendizados O suporte e ensinamento da equipe t cnica do Laboratorio de M quinas Eletricas sempre dispostos a compartilhar sua incompar vel experiencia pr tica a n s alunos novos nestes conhecimentos Agradecimentos tamb m devem ser direcionados aos funcion rios de uma empresa grande parceira do laborat rio pessoas que se dispu seram e forneceram grande ajuda durante todo o trabalho A elaborac o deste trabalho e sua formatacao com o grau de qualida
34. dade da tensao aplicada como mostrado nas fotos das figuras C N Wy IN um S soo U 500 NW ly V Sm ta ZY Ny S WW un 051 10V BRASIL a Medida da velocidade do motor em b Medida da velocidade do motor em sentido hor rio sentido anti hor rio Figura 6 1 Medidas de velocidade em sentido hor rio a e anti hor rio b 37 6 2 An lise Qualitativa Al m do desejado funcionamento mec nico correto que foi alcan ado muito importante a possibilidade de se analisar o sistema qualitativamente Em um pri meiro momento bastante interessante uma an lise de medidas de tens es e correntes durante o funcionamento do servomotor em situa es diferentes E poss vel utilizar instrumenta o convencional para se aquisitar tais medidas ou ent o utilizar um recurso do pr prio servoconversor a fun o Trace Antes de utilizar essa fun o ser dada uma breve explica o da utiliza o do software SuperDrive G2 da WEG Automa o Este software assim como o WLP apresenta muitas possibilidades para ampliar a utiliza o do servoconversor Os programas foram citados na se o 5 1 Esta se o apresenta um tutorial passo a passo na cria o de um novo projeto assim como as telas com informa es de seu funcionamento b sico fundamentais para o in cio de um estudo e utiliza o futura mais avan ada 6 2 1 SuperDrive G2 Abrindo o programa Ao abrir o programa a
35. de que tanto a institui o quanto eu mesmo exigimos de mim se deve ao projeto base CoPPETEX http coppetex sourceforge net desenvolvido por alunos para plata forma BIFX para auxiliar os estudantes de engenharia a desenvolverem trabalhos e teses seguindo as normas estabelecidas pelo Instituto Alberto Luiz Coimbra de P s Graduac o e Pesquisa de Engenharia COPPE UFRJ Estarei em eterna divida s pessoas especiais citadas aqui que ao lerem este texto saber o exatamente de quem se trata Espero apenas que por terem feito parte deste trabalho de uma forma ou de outra possam ficar t o orgulhosos com o resultado quanto eu estou vi Resumo do Projeto de Graduac o apresentado a Escola Polit cnica UFRJ como parte dos reguisitos necess rios para a obtencao do grau de Engenheiro Eletricista CONFIGURACAO E FUNCIONAMENTO DE UM SERVOACIONAMENTO Leonardo Franco Pinto Dezembro 2014 Orientador Richard M Stephan Departamento Engenharia El trica Este projeto de fim de curso reforca a importancia do estudo de m guinas el tricas no curso de Engenharia Eletrica motivado pelo funcionamento e an lise de um servomotor O trabalho pratico consiste na substituicao de um equipamento fora de linha da WEG Automac o o servoconversor SCA04 por sua versao atual o SCA06 Para tanto necess rio o conhecimento dos dois modelos tanto as caracter sticas das funcoes oferecidas em cada um quanto a programacao n
36. e alguns cuidados mas n o apresenta gran des problemas em termos da substitui o do SCA04 pelo SCA06 pois a bancada utilizada j levava em considera o os cuidados necess rios As condi es mec nicas devem evitar 9 Exposi o direta a raios solares chuva umidade excessiva ou maresia Gases ou l quidos explosivos ou corrosivos e Vibra o excessiva Poeira part culas met licas ou leo suspensos no ar Outras condi es que devem ser observadas e s o permitidas s o as seguintes 9 Temperatura ambiente de 0 a 50 C em condi es nominais Temperatura ambiente de 50 a 60 C com redu o de corrente de 2 para cada grau Celsius acima de 50 C Umidade relativa do ar de 5 a 90 sem condensa o Altitude m xima de ate 1 000 m em condi es nominais De 1 000 a 4 000 m com redu o de corrente de 1 para cada 100 m acima de 1 000 m de altitude Grau de polui o ndice 2 conforme EN50178 e UL508C com polui o n o condutiva 19 A bancada did tica se encontra no Laboratorio de Maguinas Eletricas da UFRJ portanto n o se encontra sob influ ncia de condi es clim ticas O servomotor fixado na bancada atrav s de parafusos e impede a vibra o do conjunto As fotos da figura 3 1 mostram a bancada no local de utiliza o a Painel aberto b Disposi o frontal c Fixa o do servomotor Figura 3 1 Bancada did tica aberta a sua disposi o externa de chaves
37. e um par metro de programa o at atingir a velocidade de refer ncia sendo mantida at a desacelera o que segue rampa tamb m ajustada atrav s de par metro at parar e travar o eixo na refer ncia de posi o determinada pela fun o baseado na dist ncia percorrida e posi o inicial 6 Botoeira para desligar Bot o que desconecta o sistema da alimenta o trif sica da rede 7 Botoeira para ligar Bot o que conecta o sistema alimenta o trif sica da rede 8 Chave da fun o Stop Plus Chave para ativar a fun o Stop Plus 9 Botoeira para reset de falha Bot o para reiniciar o servoconversor quando se est tentando resolver as falhas impostas pelo instrutor Fun o n o recuperada por n o se tratar do foco deste trabalho 10 Refer ncia Anal gica de Velocidade A refer ncia anal gica de velocidade se d atrav s de um potenci metro que fornece uma tens o vari vel como a refer ncia externa para que o servocon versor devidamente programado possa realizar o controle digital 11 Invers o do Sentido de Giro A chave de invers o de sentido de giro serve para que se possa rapidamente inverter o sentido sem a necessidade de acessar atrav s da IHM o par metro que permite esta opera o 12 Luzes indicativas das falhas Estas luzes indicam informa es de falhas ativadas para que o operador em treinamento possa identific las e resolv las Fun o n o recuperada po
38. ecess ria para utilizacao Foram feitas diversas adaptacoes e ajustes para o maximo aproveitamento da bancada did tica da WEG com o estudo do servoacionamento disponivel no Labo ratorio de Maguinas Eletricas do Departamento de Engenharia Eletrica da UFRJ sendo imprescindivel o estudo aos minimos detalhes do sistema anterior O foco a recuperac o das principais fun es de operacao do servomotor apre sentando ainda opcoes de interfaces diferenciadas para o usuario que facilitam a programacao do servoconversor Feito isso desej vel gue o trabalho sirva como uma referencia clara e organizada para realizacao de consultas e trabalhos futuros Recuperadas as principais funcoes desejadas para o funcionamento do servo motor que ja constitui parte dos resultados obtidos foram ainda extraidos dados atrav s dos programas de interface desenvolvidos e fornecidos pela WEG Por fim a bancada restaurada do servomecanismo em funcionamento abre opor tunidade para diversos trabalhos futuros sugeridos no capitulo final deste trabalho vll Abstract of Graduation Project presented to POLI UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Electrical Engineer CONFIGURATION AND OPERATION OF A SERVO MECHANISM Leonardo Franco Pinto December 2014 Advisor Richard M Stephan Department Electrical Engineering This graduation essay reinforces the importance of the study of electrical ma chinery during
39. elocidade variando de 0 a 2 000 ou 2 000 rpm Para isso necess rio alimentar a entrada anal gica 1 nos pinos 8 e 9 do conector X1 com a tens o vari vel do potenci metro 4 3 Inversao do Sentido de Giro Uma interessante demonstracao da vantagem do controle em malha fechada 6 a inversao do sentido de giro do servomotor que ocorre de forma visualmente ins tantanea Para isso ocorrer a tens o de referencia na entrada anal gica 1 deve variar de 10 a 10 V Uma chave no painel vista na figura realiza conex o para invers o de polaridade da tens o invertendo ent o o sentido de giro Figura 4 3 Chave acionadora da invers o do sentido de giro alternando entre hor rio e anti hor rio 29 Estudando se o diagrama esquematico das conexoes da bancada chegou se a configuracao da figura 4 4 gue permite o controle anal gico de velocidade e a invers o do sentido de giro A rotac o do potenci metro em sentido anti hor rio R3 CCW counter clockwise diminui a velocidade do motor enquanto a rota o em sentido hor rio R3 CW clockwise faz a velocidade aumentar Deve se alimentar o potenci metro nos pontos extremos R3 CCW e R3 CW com 10V enquanto a tens o vari vel estar sobre os pontos R3 CCW e R3 5 Esta tens o vari vel V ou V_ indicada na figura ir alimentar a entrada anal gica do servoconversor nos bornes AI X1 8 AI1 e AI X1 9 AI1 A nomenclatura anterior do SCA04 foi mantida nos fios
40. encia de velocidade desejada Dependendo do tipo de transporte a caracter stica exigida pode ser o po siclonamento cujo controle est baseado no sentido de giro e no passo de deslocamento Existe um cuidado que deve ser tomado neste tipo de aplicac o pois usual que a condicao de partida do sistema seja com carga o que resultar em torque resistente elevado devendo se atentar a sobrecarga inicial do sistema Al m disso em sistemas com transporte inclinado em elevac o ou declive h ainda maior preocupacao com a condicao de sobrecarga do servomotor e a necessidade de uma frenagem reost tica E importante atentar tamb m que para transportes inclinados ou verticais deve se utilizar servomotores com freio eletromagn tico para que n o haja movimentacao do sistema em situacoes de falta de energia Trefilas A trefilac o o processo de fabricac o de arame e barras finas de metal e tem diversas aplica oes como producao de fios el tricos cabos clipes de papel corda para instrumentos musicais e raio para rodas O processo consiste em puxar o metal atrav s de uma matriz por meio de uma forca de tracao a ele aplicada na sa da da matriz Exigindo entao a caracter stica de torque constante para qualquer velocidade Pode haver condicao de sobrecarga na partida quando da introduc o do ma terial a ser trefilado Al m disso deve se haver cuidado especial em situacoes que o sistema de trefilac o aci
41. eparadamente da alimentacao de pot ncia atrav s de uma fonte externa de 24 Vie figura 12 Dessa forma poss vel desligar a etapa de pot ncia do servoconversor sem perder a comunicacao do mesmo com outros eguipamentos ligados em rede Existem modelos de servonconversores que possuem internamente essa fonte em sua construc o O SCA06 necessita de fonte externa POWER SUPPLY a Imagem do conector X5 b Fonte externa de tens o 24V Figura 2 6 Conector X5 a e fonte externa de tens o b X6 Aterramento do Servomotor PE O aterramento do servomotor feito atrav s de um parafuso aterrado locali zado na parte inferior pr ximo ao conector de alimentacao X8 melhor visto na figura X7 Conector de Comando de STO O STO 6 uma func o de seguranca dispon vel em alguns modelos X8 Conexao do Servomotor Esta conex o fica pr xima da alimentacao da eletr nica tamb m na parte inferior do servoconversor O conector possui tres saidas U V e W sendo assim cada uma das fases que alimentar o servomotor O cabo conectado no servomotor al m das tr s fazes U V e W possui um contato para o terra a Conector X8 no servoconversor b Conector X8 no servomotor Figura 2 7 Pinagens do conector X8 no servoconversor a e no servomotor b 13 X9 Alimentacao de Pot ncia No topo do servoconversor encontra se a conexao da alimentacao da rede figura 8 A tens o da rede deve se
42. er mas com alteracao das variaveis de interesse pois como pode se adguirir apenas cinco sinais foram necess rios mais de um ensaio para obter velocidade de refer ncia velocidade do motor correntes 7 e L e tens es Va Vp e Vigs E importante ressaltar que a terceira corrente nao se encontra dispon vel na fun o trace Pode se tirar tr s r pidas conclus es atrav s do comportamento das grandezas e Entrada anal gica AI1 do servoconversor em vermelho na figura 6 13 Corrente 1 da fase V do motor em vermelho na figura 6 141 Corrente 1 da fase W do motor em azul na figura 6 14 Tens o V da fase U do motor em vermelho na figura 6 15 Tens o V da fase V do motor em azul na figura 6 15 Tens o V da fase W do motor em verde na figura 6 15 Velocidade n do eixo do motor em rpm em azul verde e rosa nas figuras 6 13 e 6 15 respectivamente Primeiramente fica evidente por que a invers o no sentido de giro impercept vel aos olhos nus uma vez que a mudanca da velocidade de aproximadamente 1 000rpm para 1 000rpm dura apenas 0 01 segundos Este curto tempo para invers o do sentido de giro um reflexo da efic cia do controle em malha fechada que em apenas 0 01 segundos ajusta a velocidade do eixo do motor mediante a mudanca da refer ncia de velocidade As correntes de armadura de um MSIP podem ser ajustadas por este controle com tempo de resposta bem menor que as constante
43. es A e B ocasionando a fala Esta funcao nao foi recuperada 19 Fusiveis de protecao F1 a F5 Os fusiveis de protecao F1 a F3 ficam entre a rede trif sica e a chave geral protegendo todo o sistema de eventuais problemas na rede Os fusiveis F4 e F5 ficam entre a fonte de 24V e os sinais de controle do SCA06 protegendo o servoconversor de problemas oriundos da fonte externa 20 Contatora tripolar K1 A contatora K1 modelo CWM9 32 da WEG 6 responsavel por ligar e desligar o sistema atraves das botoeiras de liga e desliga Ela possui as devidas bobinas e temporizadores mostrados no diagrama de comando do apendice B para realizar a fun o de liga desliga de forma segura 21 Chave disjuntora 045 Este disjuntor fica entre a rede trif sica e a fonte de 24V para prote o da fonte de problemas na rede O disjuntor possui rel t rmico e rele eletro magn tico de sobrecarga 24 3 3 M dulos de Expans o Uma clara desvantagem do servoconversor SCA06 em rela o ao seu antecessor SCA04 pode ser observada nas op es do conector X1 de sinais de controle E not ria que a quantidade de op es foi bastante reduzida e algumas fun es retiradas A quantidade de entradas e sa das digitais um exemplo da menor gama de conex es enquanto entradas e sa das anal gicas foram drasticamente alteradas Para contornar essa defici ncia s o disponibilizados pela WEG Automa o os m dulos de expans
44. esso de usinagem mec nica e consiste na retirada do excesso de metal da superf cie de uma pe a Essa remo o feita pela com bina o de dois movimentos efetuados ao mesmo tempo o de rota o da fer ramenta e o movimento da mesa da m quina Esta aplica o tem como caracter stica a necessidade de se manter a velocidade de retirada de material constante e na maioria das vezes exige grande precis o para um melhor acabamento da pe a trabalhada Sistemas de Dosagem Os sistemas dosadores podem necessitar de um controle preciso de quantidade volume ou vaz o sendo necess rio a utiliza o de um servoacionamento Nestes sistemas a quantidade a ser fornecida precisa e o controle de veloci dade do dosador feito atrav s do servoconversor A velocidade determinada em fun o de par metros do processo como corrente press o vaz o tempera tura entre outros atrav s de um sistema de realimenta o em malha fechada com opera o autom tica Ficam assim resumidas algumas das principais aplica es de servoacionamentos Deve se sempre manter em mente que sua principal caracter stica uma performance confi vel de alta precis o e que o nome deste tipo de acionamento vem de servir o servomotor considerado um servo cuja fun o atender todas as exig ncias de seu mestre o usu rio 18 Capitulo 3 Instalacao Mec nica 3 1 Instala o Mec nica A instala o mec nica do SCA06 exig
45. ica o do tempo total do trace 0 136 559 Pr trigger 560 L gica entre os triggers o L gica OR 550 Fonte do Trigger 1 6 Velocidade 551 Valor do Trigger 1 552 Condi o do Trigger 1 1 Menor ou igual ao valor refer ncia 553 Fonte do Trigger 2 O Desabilitado 554 Valor do Trigger 2 555 Condi o do Trigger 2 0 Maior ou igual ao valor refer ncia 556 Fonte do Trigger 3 Pars 557 Valor do Trigger 3 558 Condi o do Trigger 3 0 Maior ou igual ao valor refer ncia 561 Fun o Trace CH1 AS iv 562 Fun o Trace CH2 16 iw 563 Fun o Trace CH3 6 Velocidade 564 Func amp o Trace CH4 O Desabilitado 565 Fun o Trace CH5 0 Desabilitado 566 Fun o Trace Pars CH6 Iniciar Trace Forcar Trigger Ler Configurac o Escrever configurac o Fechar Figura 6 10 Configura o da fun o Trace 42 A func o Trace atua de forma que para armazenar as variaveis de interesse deve se configurar os eventos que irao desencadear o comando de armazena mento Este evento chamado de trigger disparo em ingl s podendo ser utilizados at 3 tr s condi es com l gica AND ou OR O campo Per odo de Amostragem definido como um m ltiplo de 100us O valor Pr trigger ajustado em percentual de forma que o sinal apresen tado sera composto por este valor percentual dos sinais armazenados antes do evento do trigger e o res
46. los de expans o que podem ser visualizados no Manual do Usu rio do SCA06 Alguns m dulos interessantes s o apresentados a seguir EIO1 Entradas e Sa das Digitais e 12 entradas digitais optoacopladas e 3 sa das digitais a rel e 3 sa das digitais fotoacopladas EAN1 Entradas Anal gicas e Simulador de Encoder e entrada anal gica com excursao de 10V a 10V e resolucao de 14 bits e 3 entradas digitais optoacopladas e sa da digital optoacoplada e Simulador de encoder com canais A AN B BN N e NN EAN2 M dulo de Expans o de Sa das Anal gicas e 2 sa das anal gicas com excurs o de 10V a 10V e resolucao de 12 bits 90 Aumentando se a guantidade de entradas e sa das anal gicas pode se utili zar mais botoeiras para diferentes acionamentos do servomecanismo E poss vel tambem por exemplo conectar diversos medidores e configurar a saida anal gica com informa es de corrente tens o velocidade entre muitas outras op es Entradas e sa das digitais podem ser utilizadas com programa o Ladder que um recurso que incorpora as funcionalidades de um Controlador L gico Program vel CLP e posicionador possibilitando a execu o de programas de intertravamento Dentre as fun es dispon veis pode se destacar contatos bobinas fun es de ponto flutuante como soma subtra o multiplica o divis o e fun es trigo nom tricas Ainda pode se utilizar blocos PID filtros p
47. m sentido hor rio a e anti hor rio b 37 6 2 Tela inicial do SuperDrive G2 38 6 3 Menu Projeto 39 6 4 Telas com as op es de identifica o autom tica ou manual do drive 39 6 5 Sele o manual do modelo e vers o 0002 40 6 6 Op es b sicas do SuperDrive GOI a aaa 40 6 7 Editor de parametros 41 6 8 Op o para escrever os par metros alterados na memoria do drive 41 6 9 Tela inicial das op es da fun o Tracel 42 6 10 Configura o da fun o Trace a a 42 TT 44 tay A Dee ee 45 TOUT 45 ee RET ge ee oe 45 6 16 Campos magn ticos de estator e rotor de um MSIP AT xli Lista de Tabelas TESE 11 2 2 Pinagem e fun es do conector X1 de entradas e sa das do controle 11 2 3 Pinagem e fun es do conector X2 de realimenta o de posi o 12 2 4 Pinagem e fun es do conector X2 de realimenta o de posi o 14 ee ee ee ee ee ee e 15 3 1 Identificacao dos equipamentos e funcoes observadas na disposicao pee ee pee ee eae eee ees ee E EIE EA UE se 21 3 2 Identificacao dos equipamentos e funcoes observadas na disposicao pee eaee epee eeest ee eas de bones ee eee 22 3 3 C digo de identificacao dos acess rios utilizados 26 xili Lista de Abreviaturas CAN CA CCW CC CLP CPU CW IHM MSI
48. nal Figura 2 3 Esquema de um resolver As amplitudes e fases das tens es induzidas nos enrolamentos secund rios t m seus valores determinados em fun o da posi o do rotor Um circuito condicionador processa as tens es induzidas nos enrolamentos secund rios fornecendo uma tens o proporcional posi o 2 2 2 Caracter sticas Construtivas O servomotor uma m quina s ncrona composta por uma parte fixa o estator e outra m vel o rotor assim como outras m quinas deste tipo Em uma m quina s ncrona comum uma corrente alternada flui no enrolamento de armadura e uma excita o CC fornecida ao enrolamento de campo do rotor 5 Mas o servomotor difere de m quinas sincronas normais pois seu rotor com posto por m s permanentes dispostos linearmente e um gerador de sinais que fornece os sinais de velocidade e de posi o o resolver apresentado anteriormente Os servomotores mais modernos s o constru dos com m s de terras raras como exemplo deste tipo de material pode se citar o Neod mio Ferro Boro Nd Fe B e o Sam rio Cobalto Sm Co Estes s o os novos materiais magn ticos que contribuem para a evolu o tecnol gica deste tipo de m quina el trica Suas caracter sticas incluem elevado magnetismo remanente e altas for as coerci tivas superiores a outros materiais O produto entre a densidade de fluxo magn tico B e intensidade de campo magn tico H dados pelas curvas de magnetiza
49. ndo a func o Trace para eravar os valores de variaveis de interesse P de se observar atrav s dos gr ficos que o comportamento transit rio da in vers o de sentido de giro dura apenas cerca de 0 01 segundos confirmando que para nossos olhos uma mudanca instant nea al m de demonstrar a mudanca na sequencia de fases que acarreta na inversao do sentido de giro Para velocidades abaixo de 700 rpm a invers o 6 visualmente perceptivel Ao fim foram elaborados novos diagramas esquematicos de comando e conex o para servirem de complemento aos diagramas anteriores referentes ao SCA04 que n o devem ser descartados pois ainda possuem refer ncias e informacoes teis Portanto espera se que este trabalho fique como uma orientacao com refer ncias s lidas e confi veis em um unico local para estudos futuros 7 2 Trabalhos Futuros Quando este trabalho foi idealizado pretendia se aplicar uma carga e alguma funcionalidade mais espec fica como motivacao para realizac o do mesmo No entanto o trabalho inicial pretendido e necess rio para uma utilizacao mais avancada demonstrou ter dificuldade e volume suficientes para ser um trabalho in dependente Logo desej vel a elaborac o de trabalhos futuros que envolvam o uso deste servoacionamento Uma possibilidade a revitalizac o por completo da bancada Originalmente a montagem com o SCA04 tinha prop sito did tico para treinamento de alunos e
50. o 6 sao apresentados os resultados obtidos ao final de toda a instalacao e programa o Finalmente no cap tulo 7 ser o resumidas as conclus es finais e propostos trabalhos futuros a serem realizados Capitulo 2 Servoaclonamento 2 1 Descricao do Servoacionamento Um dos principais objetivos de um servoacionamento atender a uma demanda de operacoes na rea de automacao industrial Resumidamente os sistemas automa tizados podem ser descritos como a composicao de tres partes operacao comando e interface Instrucoes Programacao PARTE DE COMANDO PARTE OPERATIVA Informac es Visualiza o Figura 2 1 Rela o entre as partes constituintes de um sistema automatizado A figura 2 1 mostra a rela o da composi o de um sistema automatizado onde a parte operativa possui mecanismos e atuadores que efetuam opera es no processo Sensores e pr atuadores fazem a conex o com a parte de comando que atrav s de uma Interface Homem M quina IHM com o usu rio faz um processamento de sinais distribuindo ordens para a parte operativa Neste servoacionamento a parte de comando realizado pelos servoconversores que no caso espec fico deste trabalho o SCA06 da WEG O papel da parte operativa realizado pelo servomotor SWA 562 2 5 20 da WEG Ambos ser o apresentados mais detalhadamente ao longo deste cap tulo 2 2 Descricao do Servomotor O servomotor utilizado 6 um moto
51. o de Janeiro Escola Politecnica Departamento de Engenharia El trica III Configuracao e funcionamento de um Servoacionamento 111 1V A todas as pessoas especiais em minha vida que aguentaram esta etapa dando apoio e incentivo a cada passo Agradecimentos Tenho a sorte de ter em minha vida diversas pessoas que mesmo sem saber deram apoio e incentivo durante essa longa e importante jornada que 6 a Graduacao Minha familia sempre incentivou e apoiou minhas decisoes dando todo o suporte emocional e tamb m financeiro para perseguir meus sonhos e vontades Gracas a minha mae e meus avos pude me tornar uma pessoa esforcada e determinada capaz de enfrentar e superar os desafios que me sao apresentados O carinho e educacao deles contribuiram para a formacao da pessoa que sou hoje sempre em busca da melhora individual e do ambiente que me cerca atuando com tica e respeito em todas as situacoes Devo muito minha determinacao de perseguir e brigar por meus sonhos ca racter stica que me permitiu fazer parte de um relacionamento s rio que nos traz muita felicidade Fazemos muitos planos juntos temos um ao outro para auxiliar nos eventuais tropecos que tentam nos impedir de chegar onde queremos Minha namorada desperta em mim o desejo de cada dia me esforcar para me tornar melhor n o s para ela mas para todos os que me rodeiam e para o mundo de forma geral Essa forca que vem dela sem ela nem mesmo ter
52. o de alimentacao da potencia ligada Indicac o de falha Tecla RESET Tecla incrementa Tecla decrementa Tecla PROG Tecla SHIFT Visor eletr nico com 6 d gitos S OO N NN EN NO E Cart o de mem ria flash 4 Tecla RESET Reinicializa o programa do controle o mesmo efeito pode ser obtido ao desligar e religar o servoconversor 5 Tecla Incrementa Utilizada para navegar de forma crescente pela lista de par metros ou para incrementar o valor do respectivo par metro 15 6 Tecla Decrementa Utilizada para navegar de forma decrescente pela lista de par metros ou para decrementar o valor do respectivo par metro 7 Tecla PROG Utilizada para alterar o modo dos par metros e ou validar os valores alterados 8 Tecla SHIFT Utilizada para retornar do modo Exibicao para o modo Busca ou para seleci onar o digito a ser alterado Para se acostumar melhor com a IHM do SCA06 6 necess rio conhecer e estudar OS principais par metros de configurac o do servoconversor que ser o comentados mais a frente neste trabalho Com o intuito de evitar uma configurac o excessivamente exaustiva j que atrav s da IHM deve se navegar pelos par metros de um em um poss vel utilizar um programa desenvolvido pela WEG Automa o para conectar o servoconversor atrav s de sua comunicac o USB com um computador Atrav s do programa SuperDrive pode se configurar diversos par metros de
53. onado por mais de um servomotor exigindo precis o na velocidade sincronismo e controle de carga Misturadores E comum que em processos de mistura as caracteristicas do material se modifi quem em fun o de temperatura viscosidade e press o por exemplo portanto n o poss vel determinar uma caracter stica particular do torque resistente Cada caso dever ser avaliado individualmente e criteriosamente 17 Bobinadores Desbobinadores Em muitos setores industriais como industrias de papel pl sticos chapas de metal ou industria textil os materiais em rolos devem ser desbobinados para processamento e rebobinados em seguida Os bobinadores desbobinadores s o classificados em axiais e tangenciais O primeiro tipo acionado diretamente pelo eixo da bobina tendo como ca racteristica o torgue variando inversamente com a rotacao pois a velocidade superficial do rolo da bobina ou do material bobinado deve ser constante No segundo tipo o acionamento do rolo bobinador indireto sendo feito por um ou mais rolos de suportes auxiliares com torgue constante Alimenta o de Tiras em Prensas A alimenta o autom tica de uma prensa envolve dois principais par metros de controle o sincronismo entre a velocidade da tira oriunda da m quina de desbobinamento e a velocidade de entrada na prensa sincronismo entre o posicionamento da tira e a a o mec nica da ferramenta de corte Fresagem A fresagem um proc
54. onectar a IHM externa ao SCA06 Instalados os m dulos deve se conferir nos par metros P0091 P0092 e P0093 o c digo de identificacao dos slots 1 2 e 3 respectivamente Os c digos dos m dulos utilizados s o mostrados na tabela Tabela 3 3 C digo de identificac o dos acess rios utilizados Acess rio C digo Sem acess rio 00000 EAN2 00032 ECO4 02048 26 Capitulo 4 Instalacao Eletrica 4 1 Instala o El trica do Servoconversor A parte principal do trabalho pr tico realizado consiste na adapta o da bancada originalmente instalado e configurado para utiliza o do SCA04 para utiliza o do SCA06 Ao iniciar o estudo do SCA06 e suas conex es com a instala o el trica exigida poss vel perceber que necess rio muito cuidado com todas as conex es e adapta es Algumas observa es podem ser feitas em rela o aos conectores iniciando pelo X2 utilizado para a conex o dos sinais de resolver id nticos nos dois modelos No SCA06 os conectores X5 X8 e X9 s o utilizados respectivamente para as alimenta es da eletr nica do motor e da pot ncia j explicados na se o 2 3 1 os quais faziam parte de um nico conector no SCA04 o X5 Estes foram apenas separados de um modelo para o outro e al m de um adequado cuidado em suas identifica es n o apresentam nenhuma complica o na conex o do novo servoconversor A alimenta o de pot ncia realizada atrav s
55. otores CA e o motor universal visualizadas esquematicamente de forma resumida na figura 1 1 Os motores da fam lia CA s o os mais utilizados atualmente pois normalmente a distribuic o de energia el trica feita em CA facilitando o seu uso Da outra fam lia tem se os motores CC que possuem custo elevado e necessitam de uma fonte CC ou de um dispositivo conversor CA CC para seu correto funcionamento 2 Im permanente Im permanente sem escovas Shunt ou paralelo Composto shunt e paralelo Motores CC Universal Monof sico Tipos diversos Motores CA NTS Polos salientes Relutancia Im s permanentes Figura 1 1 Diagrama esquematico resumido das familias de motores Para este trabalho foi escolhido um motor especial chamado de servomotor Este acionado por circuitos de eletr nica de pot ncia e controlado por micro processadores digitais com controle de malha fechada Seu principal objetivo a utilizac o em aplicacoes de alta precisao demanda gerada pela rea de automacao industrial que exige controles muito espec ficos para a execucao de tarefas O servomotor sob estudo gue ser apresentado em maiores detalhes no Capitulo 6 um motor sincrono de im permanente MSIP de corrente alternada destacado no diagrama e acompanhado de um servoconversor responsavel pelo controle digital formando assim um conjunto chamado de servoacionamento Em pocas anteriores
56. primeira tela mostrada na figura 6 2 onde exigido abrir ou criar um novo projeto Pode se constatar que a maioria dos icones ou atalhos est o desativados devido aus ncia de um projeto em execu o erramentas Ajuda Babe Cees zh J 27 a zi 8 5 i fi D z ze X E dl HE S 2 W E P Projeto1 Figura 6 2 Tela inicial do SuperDrive G2 38 Criando um novo projeto Para criar um novo projeto deve se selecionar Projeto e depois em Novo como demonstrado na figura 6 3 Drive Ferramentas Ajuda oen B 2 do PM 6 Ctrl O e gt EB ef of ob ol 58 ol S JP E E cms J IIE Salvar Como Ctrl D F 4 Wa Remover M Importar E Exportar di Imprimir Ctrl P pa Informa o do Projeto Ctrl I e Sais Cirig Cria um projeto novo vazio grupo de documentos relacionados ou um cole o de arquivos Figura 6 3 Menu Projeto Identificando o drive Durante a cria o de um novo projeto necess rio identificar o tipo de conver sor ou drive a ser utilizado A identifica o pode ser autom tica ou manual sendo que na primeira o drive deve estar conectado ao computador como mostra a figura 6 4 Tipo de Drive Tipo de Drive i Endere o 1 Endereco 1 Nenhum drive configurado Nenhum drive configurado Tipo de Identificac o 7 Identificac o Autom tica drive deve estar conectado 7 Identificac o Manual drive n
57. r CA com 220V por fase ligada nos bornes L1 L2 e L3 Neste conector ainda poss vel ligar um resistor de frenagem O uso de resis tores de frenagem possibilita tempos de frenagem muito reduzidos otimizando processos que exigem desempenho elevado Todas as funcoes dos conectores estao na tabela Figura 2 8 Imagem do conector X9 Tabela 2 4 Pinagem e fun es do conector X2 de realimenta o de posi o Pino 1 3 4 5 6 Fun o UD bh UD L1 L2 L3 2 3 2 Interface Homem Maquina O controle do servoconversor SCA06 feito atrav s da Interface Homem Maquina IHM Nesta um visor eletr nico com seis d gitos mostra diversas informa es para que o usuario tenha conhecimento daquilo que estiver configurando Al m do visor existem quatro teclas para o controle e configura o do servoconversor 9 A IHM se encontra no proprio servoconversor mas pode se atrav s da utilizacao do m dulo de expansao ECO4 conectar o SCA06 a uma IHM localizada no exterior da bancada em sua parte frontal como era feito com o SCA04 Dessa forma nao 6 necess rio abrir o painel da bancada para se operar a IHM A figura 2 9 mostra a IHM do SCA06 14 Figura 2 9 Ilustrac o da IHM e identificacao das teclas As funcionalidades das teclas s o bem simples e resumidas na tabela 2 5 e des critas em seguencia Tabela 2 5 Funcionalidades da IH M Identificacao Funcionalidade Indicac o de comunicacao USB Indicaca
58. r a velocidade do campo do estator 6 O servomotor utilizado uma m quina fechada sem ventila o e flangeado Possui como componentes um sensor chamado de resolver para realimenta o de controle termistores no estator para prote o contra sobretemperatura e retentor no eixo para impedir penetra o de leo Para melhor compreens o da utiliza o deste tipo de m quina para o servoacio namento pode se fazer uma r pida an lise e compara o com outro tipo de m quina que pode desempenhar fun o semelhante motores do tipo brushless ou seja sem escovas Neste tipo de m quina o sensor mais simples que o resolver do SWA pois possuem distribui o de densidade de fluxo e tens es de fase trapezoidais logo a corrente tem apenas dois estados 7 Uma vantagem da m quina sem escovas que n o h limite de comuta o mec nica em rela o velocidade necess ria para algum valor de torque desejado Al m disse as perdas hmicas ocorrem no estator ao inv s do rotor permitindo melhor circula o de ar para diminuir o aquecimento excedentel7 J na MSIP as tens es e correntes t m forma senoidal com torque suave neces sitando de um sensor mais elaborado que no caso brushless A vantagem neste tipo o menor valor de ondula o do torque em regime permanente o que torna este tipo de motor mais adequado que o brushless para aplica es de alta precis ol8 Por fim pode se listar outras
59. r n o se tratar do foco deste trabalho 13 Chaves de conserto de falhas Uma vez identificada a falha imposta ao operador em treinamento o mesmo deve ativar estas chaves que atuam sobre as conex es para que a falha seja solucionada Fun o n o recuperada por n o se tratar do foco deste trabalho 23 14 Chave geral de alimentacao A chave geral desconecta todo o sistema da alimentac o trif sica da rede desligando em conjunto a alimentacao de potencia de controle 15 Fonte externa de tens o 24V O servoconversor necessita al m de alimentacao trifasica da rede alimentacao de seu controle atrav s de uma fonte de tensao CC 16 Resistores de 1kQ Estes resistores foram necess rios para contornar o problema de que o SCA06 nao disponibiliza uma saida de 10V para alimentacao do potenci metro como o SCA04 Como solu o estes resistores foram utilizados para dividir a tens o da fonte externa de tens o 24V em 12V 17 Servoconversor SCA06 Este 6 o novo servoconversor gue substituiu o antigo modelo defeituoso SCA04 18 M dulos de chaveamento A45 Estes m dulos modelo MC 02 da WEG permitem alternar conexoes A chave A45 1 6 responsavel por alternar a alimentac o do potenci metro entre 12V e 12V viabilizando a invers o do sentido de giro A chave A45 2 permitia o instrutor impor a falha de falta de fase alternando a conexao da alimentacao normal da rede para uma conexao sem as fas
60. r rapidamente seu conte do para que possam adotar novas configuracoes e trabalhos mais aprofunda dos das capacidades que o servoacionamento oferece Durante todo o processo foram encontradas diversas dificuldades pois a alteracao entre diferentes modelos n o acompanha um manual espec fico para este prop sito a adaptacao de uma instalac o toda voltada para o SCA04 apresentou reais desafios para a substituicao pelo SCA06 Estes desafios que foram desvendados e superados sendo devidamente registra dos e documentados neste trabalho para auxiliar os futuros usu rios deste sistema Como mencionado a tarefa original era uma adaptacao aparentemente simples da bancada com o modelo SCA04 para o modelo SCA06 no entanto logo no inicio do trabalho j foram identificadas muitas dificuldades 48 O novo modelo SCA06 nao apresenta alimentacao CC interna e nao tem dis ponivel uma saida de 10V que necess ria para alimentacao do potenci metro que servia como referencia anal gica e externa de velocidade Este problema foi superado de forma bem sucedida utilizando a propria fonte de 24V da alimenta o do controle do servoconversor utilizando resistores id nticos para dividir a tensao igualmente alimentando o potenci metro com 12V dentro dos limites seguros do servoconversor Estando concluida a parte das conexoes funcionando corretamente e de forma segura foi possivel ent o fazer algumas an lises utiliza
61. r sincrono de im permanente de corrente alternada O fabricante 6 a WEG Automac o e seu modelo o SWA 562 2 5 20 visualizado na figura O numero 56 indica o tipo de carcaca 2 indica nivel de tensao de 220V o numero 2 5 relativo ao seu torque em N m e 20 indica velocidade nominal de 2 000 rpm O rotor composto por imas permanentes caracterizando a m quina como uma MSIP Os imas podem ser considerados parte do entreferro uma vez que apresentam alta resistividade el trica e permeabilidade magn tica praticamente igual a do ar implicando em uma pequena reatancia sincrona Figura 2 2 Servomotor adquirido pelo Laboratorio de Maquinas El tricas 2 2 1 Sensor Os servomotores funcionam em conjunto com servoconversores e estes necessi tam de informa es de posi o e ou velocidade que podem ser estimadas ou medi das para execu o do controle Em aplica es de precis o imp e se medi o por meio de sensores onde os principais sao os encoders tacogeradores e resolvers O modelo de servomotor deste projeto trabalha com o terceiro tipo de sensor o resolver Este composto por transformadores de alta frequ ncia entre 5 e 10kHz onde o enrolamento prim rio est situado no rotor e existem dois enrolamentos secund rios em quadratura no estator como mostrado na figura 2 3 EB Enrolamento prim rio e Enrolamentos secund rios E Transformador rotativo auxiliar Condicio nador de si
62. rentes para exigir uma adapta o trabalhosa Por isso caracter sticas de hardware e software do SCA06 precisam ser estudados A figura mostra no servoconversor a posi o de cada conector e na se o tem se descri o individual detalhada a Vista lateral superior b Vista lateral inferior Figura 2 4 Vistas gerais do SCA06 mostrando a posi ao dos conectores 10 2 3 1 Conectores do SCA06 Esta sec o descreve e explica cada conector gue o novo servoconversor o SCA06 possui A tabela um quadro comparativo entre os conectores de ambos os modelos de servoconversor utilizando a nomenclatura determinada pela WEG Tabela 2 1 Comparativo de conectores do SCA04 e do SCA06 Conector XI X2 X3 X4 X9 X6 XT XS X9 SCA04 SCA06 Sinais de Controle Sinais de Controle Sinais de Resolver Sinais de Resolver Simulac o de Encoder USB Interface Serial Rede CAN Potencia e Motor Alimentac o da Eletr nica N A PE N A STO N A Alimentac o do Motor N A Alimentac o de Potencia X1 Entradas e Saidas do Controle O conector X1 encontra se na parte frontal do SCA06 e nele s o ligadas as entradas e sa das anal gicas e digitais cujos pinos e fun es sao mostrados na tabela Tabela 2 2 Pinagem e fun es do conector X1 de entradas e sa das do controle X1 Descri o Fun o 1 C Sa da digital 1 a 2 COM rel 3 Dil Entradas digitais 4 DD optoacopladas 1 e 2 5 COM12 6 DIS
63. s de tempo mec nicas do sistema logo as correntes de armadura s o impostas m quina Estas correntes produzem um campo magn tico que ir interagir com o campo magn tico do ima permanente e o valor m ximo de torque ocorrer quando esses campos forem ortogonais 4 como na figura 46 a Torgue m ximo b Torgue intermedi rio c Torgue nulo Figura 6 16 Campos magn ticos de estator e rotor de um MSIP Como este sistema consiste de um MSIP com controlador PID em malha fechada e um sofisticado sensor a partir da informacao da posicao do rotor 6 possivel impor as correntes de armadura de tal forma gue os campos s o sempre ortogonais mantendo a condic o de m ximo torque e permitindo a r pida resposta mec nica do motor A segunda conclusao mostra como a velocidade real acompanha bem a velocidade de referencia da entrada anal gica devido ao controle aplicado em malha fechada Em seguida podemos observar o comportamento das correntes 1 e Iw que sofrem picos de valores elevados no instante da transic o de velocidade A ultima conclus o 6 que para invers o do sentido de giro necess ria uma mudanca na sequ ncia de fases do motor que pode ser observada nas tensoes do servomotor onde inicialmente era U V W vermelho azul verde e passou a ser U W V vermelho verde azul 6 4 Diagramas Eletrico e de Comando Finalizando este capitulo ser o apresentados os diagramas eletrico e de comando da
64. ssante pois permite a configuracao de qualquer parametro simultaneamente em uma interface mais agradavel que a IHM do proprio equipamento 40 M nimo Maximo Ajuste de F brica Ajuste do Usu rio Unidade Compara o 2009 65535 0 pst p eso b _ m pow 1 1 p osa B P PS lt 95 Identifica o Cart o opcional hoo P po cem mdpmystll 10 98 Tens o Nominal Servoconversor rn 105 RamedafuxiostP foz pmo bo mm lt W uit seridodecro p h Bre ora 0 119 Refer ndadeCorente fibra D D JR v Refer nan de Yeodi 5550 xo p00 jm emi 126 HabitaciodosimtesdePosdo D 1 D Dessbitado 0 Desabitado y 127 mite Inferior de Posi o Fra o de voltas 16383 16555 16383 hess o 128 Limite Inferior de Posi o N mero de voltas 32768 32767 328 fas o 129 Limite Superior de Posi o Fra o devolta 16363 16555 16383 633 po 130 Limite Superior de Posi o N mero de volta 32768 327657 B2757 po PSI o Offline Figura 6 7 Editor de parametros Escrever parametros Ao terminar a configuracao desejada deve se ordenar que 0 programa escreva no drive os valores definidos para os par metros atrav s do comando mostrado na figura 6 8 A escrita feita de uma s vez todos os valores alterados ser o carregados para a mem ria do servoconversor Assim 6 poss vel realizar as configurac es descritas nas sec
65. t cnicos na solucao de problemas Existem quatro chaves na parte anterior da bancada onde um instrutor pode im por defeitos a serem resolvidos pelos alunos A IHM do servoconversor indica atrav s de seu visor in meros c digos de alarmes de falhas que podem ser consultados nos manuais auxiliando o aluno a diagnosticar a falha imposta 49 As faltas possiveis s o Falta 1 Falta de fase Chave Q2 Esta falta desconecta duas fases da alimentacao de pot ncia do servoconversor Falta 2 Falta a terra Chave Q3 Com uma conexao da fase U do motor ao terra gera se esta falta Falta 3 Falta habilitagao Chave S3 A Habilitac o 6 basicamente o liga desliga do servomotor esta falta faz com que nao haja habilitacao Falta 4 Falta de refer ncia de velocidade Chave S4 Ao acionar esta chave remove se a referencia de velocidade tirando a conexao com o potenci metro Desta forma o instrutor aciona as chaves desejadas a IHM do servoconversor ir indicar algum c digo de falha e o aluno tem que resolver o problema A dificuldade de revitalizac o desta funcionalidade se d pois o SCA06 vem de f brica com menos conex es que o SCA04 O que leva a outras sugest es de trabalhos futuros De f brica o SCA06 n o possui sa das anal gicas possui apenas 2 entradas anal gicas poucas entradas e sa das digitais Para aumentar sua capacidade e se aproximar do SCA04 necess rio adquirir atraves da WEG m du
66. tadas todas as fun es que o sistema com o SCA04 possu a sendo indicada as fun es que permanecerao disponiveis e indisponiveis a Disposic o interna b Disposic o externa Figura 3 2 Bancada did tica aberta a e fechada b para visualiza o de disposic o de chaves e eguipamentos As tabelas 3 2 e 3 1 relacionam a identifica o dos equipamentos e fun es mos tram a situacao em que se encontram disponivel ou nao e a sec o ou figura de referencia neste trabalho Tabela 3 1 Identificac o dos eguipamentos e funcoes observadas na disposic o in terna N mero Equipamento Fun o Situa o Se o 2 Resistores de 1kQ Dispon vel 3 Servoconversor SCA06 Disponivel 4 M dulo de chaveamento A45 1 Dispon vel 4 M dulo de chaveamento A45 2 Indispon vel 5 Fusiveis de protecao F1 a F5 Disponivel 6 Contatora tripolar K1 Disponivel T Chave disjuntora Q4 Dispon vel 21 Tabela 3 2 Identificac o dos eguipamentos e funcoes observadas na disposic o ex terna N mero Eguipamento Func o Situa o Se o Medidor Anal gico de Velocidade nterface Homem M quinalexterna Dispon vel Dispon vel 10 Luz indicativa de sistema desligado Dispon vel 11 Luz indicativa de sistema ligado Dispon vel 12 Luz indicativa da fun o Stop Plus Indispon vel 13 Botoeira para desligar Dispon vel 14 Botoeira para ligar Dispon vel 15 Chave da fun o Stop Plus Indispon vel 16 Botoeira para reset de f
67. tante ap s o evento No campo Fonte do Trigger seja 1 2 ou 3 deve ser selecionada a vari vel medida que ser utilizada para desencadear o evento podendo ser uma tensao ou corrente por exemplo Com a vari vel selecionada deve se escolher o valor dela que ser comparado no campo Valor do Trigger Por fim deve se indicar o tipo de condic o da comparac o da vari vel medida com o o valor determinado as condi es do campo Condi o do Trigger podem ser maior ou igual ou menor ou igual Nos par metros de numero P0561 a P0565 deve se selecionar os sinais que serao registrados No par metro P0566 podem ser visualizados apenas outros par metros Um exemplo de utiliza o apresentado na se o e Per odo de Amostragem 1 e Pr trigger 50 e Fonte do Trigger Velocidade e Valor do Trigger 0 e Condicao do Trigger Menor ou igual ao valor de refer ncia e Funcao Trace CH1 Iv e Fun o Trace CH2 Iw e Funcao Trace CH3 Velocidade Estas condi es resultam em uma fun o Trace que acionada pelo trigger quando a velocidade do motor menor ou igual a Orpm A fun o aquisita os sinais da velocidade e das correntes 1 e do motor sendo gue 50 dos dados adguiridos ser composto pelo valor antes da condic o do trigger e 50 ap s a condi o com intervalo de amostragem de 100us Ou seja quando o sentido de giro do motor invertido e sua velocidade alterada de 1 00
68. the Electrical Engineering course through the study of the operation and analysis of a servomotor as motivation The practical work consists on the substitution of the outdated SCA04 servo drive from WEG Automacao by its newer model SCA06 For this the knowledge of both models is required both the functionality char acteristics and the necessary programming for utilization Several adaptations and adjustments were made as to achieve maximum use of the servo mechanism available at the electric machinery laboratory from the electrical engineering department of UFRJ the system of study in every detail was indispensable Focus was given to the recovery of the servomotor main operation functions with interface options being presented to facilitate its programming by future users With that done it is desired that the carried out work serves as a clear and organized reference for future research Once the main desired functions were recovered for the servomotor operation which constitutes part of the results data was extracted by using WEG software Lastly the restored servo mechanism panel functioning properly allows oppor tunities for future researches development with suggestions being presented in this work s final chapter vii Sumario Lista de Figuras Ista de Tabelas ista de Abreviaturas Introducao 1 1 Motivacaol 1 2 Objetivo 1 3 Organizacao 2 Servoacionamento
69. velocidade de refer ncia N ef fique limitada ao valor desejado preferencial mente a velocidade nominal do servomotor Al m deste ganho pode ser aplicado um offset da entrada anal gica All atrav s do par metro P0235 P0251 P0255 Fun o da Sa da Anal gica AO1 AO2 Como mencionado anteriormente o SCA06 possui menos op es no conector X1 de sinais de controle e por padr o n o possui op es de sa da anal gica Com a aquisi o dos m dulos de expans o se o o EAN disponibiliza duas sa das anal gicas de 12 bits em tens o de 10V a 10V Este par metro pode ser programado com valores de 0 a 50 referentes s informa es de diversas fun es como velocidade posi o mec nica do eixo correntes tens es entre muitas outras op es Com a aquisi o do referido m dulo fez se a op o de configur lo para o valor 6 Velocidade para fazer a leitura atrav s do medidor anal gico de velocidade localizado na parte exterior do painel permitindo a leitura anal gica da mesma atrav s de um ponteiro indicador P0402 Velocidade Nominal do Motor A velocidade nominal do servomotor deve ser informada neste par metro que fara parte do c lculo da velocidade de refer ncia N ey O valor pode variar de O a 9 999 P0550 P0553 Fun o Trace A fun o Trace utilizada para registrar at 6 seis vari veis de interesse do SCA06 como corrente tens o velocidade etc quando ocorre um

Configuração e funcionamento de um - Poli Monografias

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