IHM - Aplicação Com CLP em Projetos de Automação.




IHM  - Aplicação Com CLP em Projetos de Automação.

Você sabe muito bem que não existe outra maneira de falarmos de automação se não citarmos dois componentes e três letras cada: IHM e CLP. Pois bem, nesse artigo vamos unir esses dois famosos componentes em uma única matéria e dessa forma assim como nos projetos de automação colocar os dois para trabalhar e interagir juntos.

O que é IHM?

Vamos começar pela  IHM ou melhor,  Interface  Homem  Máquina, pois bem, esse componente utilizado em larga nas indústrias e pouco a pouco nas automações industriais nada mais é do que uma tela que pode ser  touch  ou não mais que vai possibilitar qualquer ser humano interagir com as funções e tarefas das máquinas.

Entendendo o conceito do que é uma IHM e pararmos para analisar, esse aparelho está presente em nossa vida em muitos momentos e nem nos damos conta, quer ver só.

Você está na frente do seu computador terminando aquele relatório, ou mesmo lendo esse artigo e deseja imprimi-lo, você certamente entrará na função imprimir e terá ali um botão imprimir e com um passe de mágica o documento será liberado pela sua impressora.

Pois bem, sua tela do computador nada mais é do que uma IHM, pois nela é apresentado ícones com ações e que sem eles você teria que fazer uma impressão por meio de programação diretamente no seu sistema operacional.

Portanto uma IHM está presente em muitos momentos e ações da sua vida sem ser nas máquinas e linhas de automação da empresa onde trabalha. No seu dia a dia vai encontrar uma IHM nos caixas eletrônicos, no seu celular, no microondas, na TV. Resumindo essa tecnologia, toda e qualquer tela que te mostre janelas, ícones, informações fáceis de ser compreendidas e executas, essas telas são as nossas IHM.

Mas o que é e Para que Serve  um CLP?

Controlador  Lógico  Programável,  CLP, é basicamente um computador que executa funções previamente programadas e salvas em sua memória, porém esse computador possui funções diferentes dos utilizados comumente para acessar internet, imprimir documentos e etc.

O serviço do CLP no mundo da automação consiste basicamente em dar um cérebro para um corpo mecânico e dali então dar vida para aquela máquina, dessa forma através da programação criada por um profissional da área o sistema irá executar todas as tarefas projetadas e inseridas na sua programação, fazendo assim com que o CLP tenha diversas aplicações porém sempre com o mesmo objetivo Comunicação Entre a IHM e CLP Pois bem, como já sabemos o que cada um dos equipamentos tem como funcionalidade podemos então entender como o CLP e a IHM podem trabalhar em conjunto. Sabendo que o CLP será o responsável por transmitir as informações até o local a ser comandado, ou seja, para melhor ilustrar, vamos lembrar da automação residencial, vamos fazer uma programação para controle de abertura da cortina da sala de estar, dessa forma uma programação especifica para essa tarefa e processo será projetada e inserida na memória do CLP e toda vez que você apertar determinado botão o CLP irá “rodar” a programação especifica para aquela ação.

Dessa forma, para que as atividades sejam  mais dinâmicas e a interação mais abrangente, você pode instalar uma  IHM junto com seu  CLP , então ao invés de ir até certo ponto e dar o comando da cortina que nesse caso terá diversas opções de abertura, você simplesmente de um único ponto poderá dar o comando com a intensidade de abertura da cortina e também é possível  graficamente visualizar todos pontos de comandados da sua casa e qual status de cada um, visualizar as imagens das câmeras de segurança e outras funções que forem atribuídas para cada ocasião.


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O QUE É O CLP?




O QUE É O CLP?

Você já sabe que não existe possibilidade de falar de automação se não iniciarmos a conversa com três letras, são elas: CLP, neste artigo iremos tratar da ferramenta mais utilizada no processo de Automação Industrial e que vem ganhando força também na Automação residencial, o chamado CLP. O Controlador Lógico Programável é sem dúvidas a inteligência no processo de automatização de máquinas e/ou ambientes, isto mesmo, o responsável pela inteligência. Assim, para iniciar, vamos entender em linhas gerais o que ele é e para o que ele serve.

O QUE É ?

O Controlador Lógico Programável ou CLP é um computador que executa funções específicas através de um programa criado por um ser humano. Podemos dizer que é um computador com competências diferentes daquelas de um computador comum que utilizamos no dia a dia, o qual serve para acessar a internet, fazer impressões, gravar vídeos etc.

PARA QUE SERVE?
Ao gerenciar processos de forma automatizada, precisamos de um equipamento para controlar o nosso sistema mecânico. Em outras palavras, para que o sistema mecânico fique inteligente, precisamos de um “cérebro”, o qual conterá as informações necessárias para que o sistema “saiba” o que está fazendo.

Mas como assim?
Bem, podemos citar como exemplo uma mesa elevatória de uma linha de produção de uma montadora, que tem por função elevar os carros de um andar ao outro da fábrica. Seu sistema mecânico consistirá basicamente nos movimentos necessários para subir e descer. Mas como a mesa vai “saber” quando há um carro em cima dela? Como ela irá saber qual a hora de parar de subir? E se der a louca nela e ela continuar se elevando até estourar seus cabos?




Pois é… Para que isso não aconteça, precisamos de equipamentos de programação que contenham as informações corretas sobre a posição em que a mesa deve estar, se é hora de subir, se é hora de descer, se o carro já está em cima dela, se o carro já foi transferido para a próxima etapa etc. Portanto, de modo geral, o CLP é um desses equipamentos que são utilizados para armazenar essas informações, fazendo o papel de “cérebro” do sistema.
Como foi dito, o CLP não é o único equipamento utilizado para esse fim, mas sendo um dos mais conhecidos e utilizados, decidimos começar por ele. Aos poucos iremos incluir artigos sobre outros equipamentos de automação.

CLP X PLC

 

É possível que você se depare por aí com essas duas siglas e, assim como muitas pessoas, pode acabar pensando que CLP e PLC se tratam de dois equipamentos diferentes.

Para evitar confusões, basta saber que não. Ambos se tratam do mesmo equipamento, sendo a primeira sigla correspondente ao nome do equipamento em português e a segunda em inglês, conforme segue:

·         CLP      = Controlador Lógico Programável

·         PLC      = Programmable Logic Controller

 

HISTÓRIA DO CLP

Agora que você já sabe qual a função do CLP, iremos entender de onde ele veio. O Controlador Lógico Programável foi primeiramente utilizado na empresa General Motors na década de 60, devido à sua necessidade de alterar processos de forma rápida e com menor custo.

O que isso significa?

Processos dentro de uma indústria são as etapas pelas quais os produtos passam. Devido à constante necessidade de maior eficiência, produtividade e competitividade, torna-se necessário fazer alterações nesses processos de modo a modernizá-los e isso pode envolver reestruturas com relação a equipamentos, reprogramação de informações etc.
Anteriormente os processos eram controlados por comandos elétricos, os quais ocupavam um grande espaço físico. Caso houvesse a necessidade de realizar alguma alteração objetivando melhorias, ou mesmo a necessidade de reparos, seria necessário desmontar muitos painéis de comandos elétricos, fator que envolveria um grande número de pessoas, além de uma considerável perda de tempo. E, como sabemos, tempo é dinheiro, certo?
Com isso, em 1968, a Divisão Hydramatic da GM determinou os critérios para o projeto do CLP e o primeiro dispositivo criado para atender a essas especificações foi desenvolvido pela Gould Modicom, em 1969.
Assim, com a utilização do CLP, basta um computador e uma pessoa para manipular o programa de forma simples, o que tornou possível simplificar a alteração dos processos, reduzindo tempo, mão-de-obra e obtendo, consequentemente, lucros significativos.
Obviamente, com a evolução da tecnologia, houve grandes avanços e constantes aperfeiçoamentos das funções do CLP desde sua criação ao que ele é nos dias de hoje.
Seu uso também vem se expandindo. Apesar de ser dedicado normalmente às indústrias, o CLP vem também ganhando espaço na utilização em residências. Essa abordagem é chamada especificamente de Automação Residencial, mas isso já é assunto para outro post.
Agora que você já tem uma visão geral sobre o que é, para o que serve e de onde surgiu o CLP, fique no aguardo dos próximos artigos, nos quais iremos tratar mais especificamente sobre suas funções.


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Tipos de Indústria.


Tipos de Indústria

A atividade industrial é o componente do setor secundário da economia e pode ser classificada em diferentes tipos conforme o critério adotado.

A atividade industrial desenvolveu-se a partir do século XVIII, com a revolução industrial iniciada na Europa. Com o tempo, o desenvolvimento dessa prática econômica transformou-se em necessidade básica e também em símbolo de desenvolvimento em todos os países, que buscam, de todas as formas, dinamizar sua produção fabril. Para melhor entender como funcionam e se estruturam as indústrias, podemos classifica-las em diferentes tipos, com base na função, na tecnologia empregada, na aplicação de recursos ou nos bens produzidos.

Indústrias conforme a função:

Indústrias germinativas: são aquelas que geram o aparecimento outras indústrias, principalmente por necessitar dos materiais fornecidos. O principal exemplo é a petroquímica.

Indústrias de ponta: são indústrias de elevado padrão tecnológico e que dominam a atividade industrial de uma determinada localidade, a exemplo dos setores automobilístico e aeroespacial.

Indústrias conforme a tecnologia:


Indústrias tradicionais: desenvolve-se com pouca tecnologia e sistemas obsoletos ou antigos de produção. Muitas vezes estrutura-se a partir de núcleos familiares.

Indústrias dinâmicas: são aquelas que empregam um material tecnológico mais avançado e operam em larga escala. Utilizam-se de muito capital de investimentos, mas costumam empregar pouca força de trabalho e, eventualmente, geram desempregos estruturais, em função da substituição de trabalhadores por maquinários.

Indústrias conforme os recursos aplicados:


Indústrias capital-intensivas: são aquelas que empregam uma maior quantidade de investimentos em capital de giro e também em equipamentos.

Indústrias trabalho-intensivas: são as que priorizam seus investimentos na força de trabalho.

Indústrias conforme os bens produzidos

Essa é a classificação oficial utilizada pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) e predomina nas análises econômicas a respeito da produção brasileira.
Indústrias de bens intermediários: são indústrias que fabricam produtos que não são mercadorias finais, mas que são utilizados como matéria-prima para outras fábricas. São também chamadas de indústrias pesadas. Esse setor abrange a siderurgia, a petroquímica e a produção de outros materiais, como a celulose, o concreto, entre muitos outros.

Indústrias de bens de capital: são indústrias que produzem equipamentos para outras indústrias, como instrumentos de trabalho, maquinários simples e avançados, além da própria infraestrutura física das empresas em geral.

Indústrias de bens de consumo: também chamadas de indústrias leves, são aquelas que transformam matérias primas em mercadorias para o consumidor em geral. São divididas em indústrias de bens duráveis (eletroeletrônicos, móveis, veículos, etc.), semiduráveis (roupas, acessórios, etc.) e não-duráveis (alimentos, bebidas, remédios e outros).

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O que faz o Inversor de Frequência e como Especificar?



O que faz o Inversor de Frequência e como Especificar?

O inversor de frequência variável (conhecido como VFD em inglês) é um tipo de controlador que tem a função de acionar um motor elétrico e ao mesmo tempo variar a freqüência e a tensão que é fornecida ao motor com o objetivo de controlar a sua velocidade e potência consumida. Outros nomes para um VFD que podemos encontrar no mercado são: drive de velocidade variável, drive ajustável da velocidade, drive de frequência ajustável, drive CA (corrente alternada), microdrive ou simplesmente inversor.
Quando falamos de motores elétricos de indução ou corrente alternada, a frequência (medida em Hertz) está diretamente relacionada às Rotações Por Minuto (RPMs) de um motor. Em outras palavras, quanto maior a freqüência, mais ráPIDo os RPMs ou maior a velocidade de rotação do motor. Como sabemos, no Brasil, as concessionárias de energia elétrica fornecem energia alternada com uma frequência de 60Hz e por outro lado, a maior parte dos motores elétricos encontrados nas indústrias e que consomem esta energia possuem rotação nominal de 3600 RPM. No entanto, se uma aplicação qualquer não requerer um motor elétrico funcionando na velocidade cheia de 3600 RPM, o que é muito comum, você tem três alternativas: ou utilizar um redutor mecânico ou utilizar o inversor de frequência, ou utilizar ambos. No caso de utilizarmos o inversor de frequência, ele poderá ser configurado para gerar uma rampa de descida, reduzindo a freqüência e a tensão para que o motor opere conforme os requisitos da carga (velocidade e tensão desejada).
Uma característica importante do inversor é que à medida que os requisitos de velocidade do motor em uma determinada aplicação mudam, o inversor de frequência pode simplesmente subir ou descer a velocidade do motor a fim de atender as novas exigências de operação, o que não seria possível utilizando apenas um redutor mecânico.
1 – Como um Inversor de Frequência Variável Funciona?
O primeiro estágio de um inversor de frequência é o conversor. Um conversor trifásico é composto de seis diodos, que por analogia a um sistema hidráulico, são semelhantes às válvulas de retenção utilizadas em encanamentos. Assim, eles permitem que a corrente flua em apenas uma direção que é exatamente a direção mostrada pela seta no símbolo de diodo. Por exemplo, sempre que a tensão da fase A (tensão é semelhante à pressão em sistemas de encanamento) é mais positiva do que as tensões da fase B ou C, então esse diodo se abrirá e permitirá que a corrente flua.

Por outro lado, quando a fase B se tornar mais positiva do que a fase A, então é o diodo da fase B que será aberto e o diodo de fase A fechado. O mesmo é verdadeiro para C e também para os 3 diodos no lado negativo do barramento. Assim, obtemos seis “pulsos” de correntes à medida que cada diodo abre e fecha. Isso é chamado de “retificador ou conversor de seis pulsos”, que é a configuração padrão para as atuais unidades de freqüência variável.


Figura 1 – Conversor de 6 Pulsos que compõe um inversor de frequência

Agora, vamos supor que o conversor está operando em um sistema de alimentação de 480V. Pela teoria de circuitos elétricos, a classificação de 480V é com relação a “RMS” ou raiz média quadrada sendo que o pico de tensão em um sistema de 480V é de 679V. Sendo assim, o barramento DC do conversor tem uma tensão DC com uma ondulação AC sendo que a tensão varia entre aproximadamente 580V e 680V.


Figura 2 – Barramento DC de um inversor de frequência
Podemos nos livrar da ondulação CA no barramento DC adicionando um capacitor conforme Figura 2. Um capacitor opera de forma semelhante a um reservatório ou acumulador em um sistema de encanamento. Este capacitor absorve a ondulação de corrente alternada e fornece uma tensão contínua DC com uma pequena ondulação CA no barramento DC que tipicamente é menor do que 3 Volts. Assim, a tensão no barramento DC torna-se “aproximadamente” 650VDC contínua. É claro que isto é na teoria e que a tensão real dependerá do nível de tensão da linha de alimentação AC, do nível de desequilíbrio de tensão no sistema de potência, da carga do motor, da impedância do sistema de alimentação e de quaisquer reatores ou filtros harmônicos que houver no conversor.

Parte inferior do formulário
O conversor de ponte a diodo que converte AC para DC muitas vezes é apenas referido como um conversor. Por outro lado, o conversor que faz o contrário, ou seja, que converte o DC de volta em AC é também um conversor. Sendo assim, para distingui-lo do conversor a diodo, ele geralmente é referido como um “inversor”. Justamente por este motivo, tornou-se comum na indústria referir-se a qualquer conversor DC-AC como um inversor.


Figura 3 – Circuito de um inversor de frequência
Analisando a Figura 3 acima, temos o seguinte: quando fechamos um dos interruptores superiores no inversor (lado direito da Figura 3), essa fase do motor é conectada ao barramento CC positivo e a tensão nessa fase torna-se positiva. Por outro lado, quando fechamos um dos comutadores inferiores no inversor, essa fase é conectada ao barramento DC negativo e torna-se negativa. Assim, podemos fazer qualquer fase no motor tornar-se positiva ou negativa da maneira que desejarmos e gerar qualquer freqüência que depende somente da velocidade da abertura e fechamento dos interruptores. Resumindo, podemos fazer qualquer fase ser positiva, negativa ou zero conforme é possível visualizar na Figura 4.



Figura 4 – Chaveamento por fase
Observe que no caso do chaveamento alternado dos interruptores, a saída do inversor de frequência é uma forma de onda “retangular” pois ele não produz uma saída senoidal. Esta forma de onda retangular não seria uma boa escolha para um sistema de distribuição de uso geral, mas pode ser perfeitamente adequado para um motor. No entanto, se quisermos reduzir a freqüência do motor para 30 Hz, podemos mudar o comando de chaveamento dos interruptores (que vamos chamar a partir de agora de transistores de saída) do inversor para que eles operem mais lentamente. Na teoria, se reduzimos a freqüência para 30Hz, então devemos também reduzir a tensão para 240V a fim de manter a relação V/Hz.

Assim surge a seguinte pergunta: Como reduzir a tensão se a única tensão que temos é a de 650Vdc? Isso é possível aplicando-se a técnica chamada de Modulação de Largura de Pulso ou PWM. Imagine que poderíamos controlar a pressão em uma linha de água abrindo e fechando a torneira a uma velocidade alta. Enquanto isso não seria prático para sistemas de encanamento, ele funciona muito bem para um inversor de frequência. Veja a animação abaixo:
Na imagem acima, observe que se colocarmos um pulso metade do tempo ligado e a outra metade de tempo desligado, teremos uma tensão média na saída equivalente à metade da entrada. Assim, se tivermos 480V na entrada, a saída será 240V. Veja que pulsando os comandos, podemos atingir qualquer tensão média na saída do inversor de frequência.
Agora observe que à medida que o pulso varia a sua largura, a tensão no diodo também varia. Se o pulso fica mais tempo ligado do que desligado, a tensão e a carga no LED aumenta e ela diminuirá caso a largura do pulo ligado for menor do que a dele desligado. Se imaginarmos isto variando positivamente e negativamente, teremos exatamente o que o inversor de frequência faz. Veja a animação abaixo:


Se pegarmos o ciclo positivo da senoide e observarmos a partir do início, você verá que a largura do pulso vai aumentando à medida que chega ao pico (totalmente ligado). A partir daí ele vai diminuindo até se desligar (momento que atinge o valor 0). A energia liberada consequentemente vai seguindo esta regra e no final temos uma senoide (linha vermelha). Quanto maior a quantidade de pulsos, mais perfeita será esta senoide.


Figura 5 – Modulação PWM de um Inversor de Frequência
Veja as Imagens abaixo para entender as diferentes partes que compõem um inversor de frequência:
componentes-de-um-inversor-de-frequencia
Figura 5 – Componentes de um Inversor de Frequência

2 – Por que devo Utilizar um Inversor de Frequência?

2.1 – Reduzir o Consumo de Energia e os Custos de Energia

Se você tem um sistema que não precisa ser executado em velocidade máxima, então você pode reduzir os custos de energia controlando o motor com uma unidade de freqüência variável, um dos benefícios do inversor de frequência. Ele permite que você combine a velocidade do equipamento motorizado com a exigência de carga e não há nenhum outro método de controle de motor elétrico AC que permite que você faça isso. Os sistemas de motor elétrico são responsáveis por mais de 65% do consumo de energia na indústria hoje e a otimização de sistemas de controle de motores através da instalação ou atualização para inversores de frequência pode reduzir o consumo de energia em sua instalação em até 70%. Além disso, a utilização de inversores melhora a qualidade do produto e reduz os custos de produção. Combinando incentivos fiscais de eficiência energética, descontos na conta de energia e retornos sobre o investimento nas instalações, a aplicação de inversores de frequência pode proporcionar um retorno em pouco menos de 6 meses.

2.2 – Aumente a Produção com um Controle de Processo Adequado

Ao operar seus motores com a velocidade mais adequada para sua aplicação, haverá menos erros e desgastes. Assim, os níveis de produção aumentarão, o que gera uma receita maior para sua empresa. Você ainda elimina sobrecarga em start-ups dos equipamentos permitindo alta performance e maior durabilidade dos equipamentos.

2.3 – Estenda a Vida Útil do Equipamento e Reduza a Manutenção

Seu equipamento vai durar mais tempo e terá menos tempo de inatividade devido à manutenção quando é controlado por um inversor de frequência que garante a velocidade de aplicação ideal do motor. Devido ao controle ótimo dos inversores de freqüência e tensão do motor, o inversor oferecerá melhor proteção para o seu motor com relação a sobrecargas elétricas, proteção de fase, subtensão, sobretensão, etc. Quando você inicia uma carga com um inversor você não estará submetendo o motor ou a carga acionada ao “pico instantâneo de energia” que ocorre no início da operação e poderá começar de forma suave, eliminando assim o desgaste de correias, engrenagens e rolamentos.

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Servo Motor - Veja como Funciona e Quais os Tipos.



Servo Motor - Veja como Funciona e Quais os Tipos.


servo motor é muito utilizado em controle de precisão em projetos de automação industrial. No passado, quem ouvia falar em servo motor imaginava sua aplicação somente em projetos especiais com necessidade de controle preciso de torque, velocidade e posição. No entanto, atualmente observa-se que cada vez mais seu custo vem se reduzindo fazendo com que ele seja uma excelente alternativa em substituição a acionamentos com motores de indução, atuadores hidráulicos e pneumáticos.
Embora os servo motores não sejam uma classe específica de motor (podem ser CC ou CA, síncrono ou de indução), eles são destinados e projetados para uso em aplicações de controle de movimento que exigem posicionamento de alta precisão, reversão rápida e desempenho excepcional. Sendo assim, eles são amplamente utilizados em robótica, sistemas de radar, sistemas de fabricação automatizados, máquinas-ferramentas, computadores, máquinas CNC, sistemas de rastreamento, etc.
Abaixo, podemos visualizar uma tabela em que é possível comparar o servo motor com diferentes atuadores utilizados hoje em dia na indústria, suas vantagens e desvantagens:
Tipo de Acionamento
Pontos Fortes
Pontos Fracos
Dispositivo Mecânico
Dispositivo Hidráulico / Pneumático
– Estrutura simples
– Preço competitivo
– Baixa acurácia
– Pode produzir vibração
– Pode poluir o ambiente
Dispositivo Eletromecânico
Motor de Passo
– Controlador simples
– Preço competitivo
– Altos ruídos e vibrações
– Não possui tamanhos elevados
Motor de Indução
– Preço competitivo
– Não se aplica a alta precisão
servo motor
– Alta precisão no controle
– Torques altos e Força motriz elevada
– Ruídos e vibrações baixos
– Excelente manutenção
– Preço um pouco elevado
Motor Linear
– Alta velocidade e precisão no controle
– Sem conversão mecânica
– Preço elevado
Veja na tabela que sistemas hidráulicos e pneumáticos ainda possuem a vantagem de preço com relação a servo motores. Mesmo assim, já podemos observar várias aplicações em que estes são substituídos por servos, principalmente aplicações hidráulicas que necessitam de precisão. Nestes casos, os servos se tornam uma boa alternativa visto que não possuem os problemas de vazamento de óleo, poluição do solo e tem a vantagem de serem mais simples e precisos no acionamento se comparado a atuadores hidráulicos.
1 . O que é um Servo Motor?
A principal diferença entre um servo motor e os outros motores (tanto de corrente alternada quanto contínua) é que os servos possuem incorporado neles um encoder e um controlador. Ou seja, os servos nada mais são do que motores comuns com controladores e encoder acoplados.
Avançando um pouco mais na definição, um servo motor é um atuador rotativo ou linear que garante o controle, velocidade e precisão em aplicações de controle de posição em malha fechada. Outra característica que podemos citar é que o servo motor é projetado com pequeno diâmetro e longo comprimento do rotor se diferenciando dos motores convencionais. Vamos ver a seguir como ele funciona:




Figura 1 – Servo motor industrial
O servo motor trabalha com servo-mecanismo que usa o feedback de posição para controlar a velocidade e a posição final do motor. Internamente, um servo motor combina um motor com um circuito de realimentação, um controlador e outros circuitos complementares. Ele usa um codificador ou sensor de velocidade (encoder) que tem a função de fornecer o feedback de velocidade e posição.
O sinal de realimentação por sua vez é comparado com a posição de comando de entrada (posição desejada do motor correspondente a uma carga) e produz o sinal de erro (caso houver uma diferença entre eles). O sinal de erro disponível na saída do detector de erro não é suficiente para accionar o motor. Assim, o detector de erro alimenta um servo amplificador que eleva a tensão e o nível de potência do sinal de erro e então gira o eixo do motor para a posição desejada.
2 – Tipos de Servo Motores
Basicamente, os servo motores são classificados em CA (corrente alternada) e CC (corrente contínua), dependendo da natureza da alimentação de energia necessária para sua operação. Os servo motores CC são de imã permanente com escova e é empregado em projetos menores devido ao seu custo, eficiência e simplicidade. Já os servos CA são mais frequentemente utilizados na indústria por suportar aplicações que demandam maior potência e fornecer exatidão elevada no seu controle e baixíssima manutenção.
Os servos CA podem ser divididos em 2 categorias: Os síncronos e os de indução. Temos ainda um terceiro tipo que por sua vez é mais empregado em aplicações menores (o motor de passo). Veja na Figura abaixo os tipos de servoacionamento que podem ser encontrados atualmente no mercado:





Figura 2 – Tipos de Servo Motores.
Abaixo, temos uma tabela onde é possível visualizar as potência suportadas por cada tipo, bem como vantagens de desvantagens de cada tipo de servoacionamento:
Característica
Motor de Passo
Servo motor cc
Servo motor ca Síncrono
Servo motor ca Indução
Capacidade (watts)
– Menor de 100W
– Menor do que 500W
– De 100 a 3,5 KW
– Acima de 3,5 KW
Vantagens
– Compacto
– Custo reduzido
– Pequena dimensão externa
– Alto torque
– Boa eficiência e controle
Custo acessível
– Alta Velocidade
– Alto torque
– Boa eficiência operacional
– Baixa manutenção
– Alta Velocidade
– Altos picos de torque
– Boa eficiência operacional
– Baixa manutenção
– Durabilidade
Desvantagens
– Ruído magnético
– Baixa velocidade
– Limite na retificação
– Baixa confiabilidade
– Maior manutenção
– Custo alto
– Baixa eficiência em
capacidades menores
– Controle complexo
– Custo elevado

3 – Servo Motor de Corrente Contínua CC
Um servo motor cc consiste em um conjunto de um pequeno motor de corrente contínua, um potenciômetro de realimentação, uma caixa de engrenagem e pelo circuito eletrônico do acionamento e loop de controle. Um servo motor cc é semelhante a um motor de corrente contínua normal sendo que o estator dele é constituído por uma estrutura cilíndrica e o ímã é acoplado ao interior de sua armação. Veja Figura abaixo:




Figura 2 – Servo Motor de Corrente Continua (CC)
Na Figura 2 podemos visualizar o rotor do servo motor cc que consiste de escova e eixo. Um comutador e uma estrutura de suporte de metal que se encaixam no rotor, estão ligados à carcaça externa e o enrolamento de armadura é enrolado na estrutura do suporte de metal do rotor. Uma escova é construída com uma bobina do induzido que fornece a corrente ao comutador. Na parte de trás do eixo, um encoder é incorporado no rotor, a fim de detectar a velocidade de rotação.
Com esta construção de motor, fica mais simples projetar um controlador usando circuitos simples porque o torque é proporcional à quantidade de fluxo de corrente através da armadura.
Outra característica deste servo motor é que a polaridade instantânea da tensão de controle decide a direção do torque desenvolvido pelo motor. Tipos de servo motores CC incluem: motores de série, motor de derivação de controle, motor de derivação em série e motor de derivação de ímã permanente. Veja abaixo um vídeo da construção de um servo CC tipo RC para pequenas aplicações.
3.1 – Princípio de Funcionamento do Servo Motor CC
Como vimos, um servo CC é um conjunto de quatro componentes principais: motor de corrente contínua, um dispositivo de detecção de posição, um conjunto de engrenagens e um circuito de controle. A figura abaixo mostra as peças que compõem servomotores RC (o mesmo do vídeo acima) onde um motor cc pequeno é empregado para acionar a pequenas cargas com velocidade e posição precisas.




Figura 3 – Partes de um Servomotor CC tipo RC
No tipo de servomotor RC, uma tensão de referência CC é ajustada para o valor correspondente à saída desejada. Esta tensão pode ser aplicada utilizando um potenciômetro, um gerador de largura de pulso de controle (PWM) para o conversor de tensão, ou através de temporizadores dependendo do circuito de controle. A regulagem do potenciômetro produz uma tensão correspondente que é então aplicada na entrada do amplificador de erro.
Em alguns circuitos, é utilizado um impulso de controle para produzir uma tensão de referência CC correspondente à posição ou velocidade desejada do motor que é aplicada a um conversor de largura de pulso (PWM). Neste conversor, o capacitor começa a carregar a uma taxa constante quando o pulso é alto. Então a carga no capacitor alimenta o amplificador buffer quando o pulso está baixo e esta carga é ainda aplicada ao amplificador de erro. Dessa forma, o comprimento do pulso soluciona a tensão aplicada no amplificador de erro como uma tensão desejada para produzir a velocidade ou posição desejada.
No controle digital, microprocessador ou microcontrolador  são utilizados para gerar os pulsos de PWM para produzir sinais de controle mais precisos. Veja abaixo um diagrama mostrando como é feito o controle:




O sinal de realimentação correspondente à posição atual da carga é obtido utilizando um sensor de posição. Este sensor é normalmente um potenciômetro que produz a tensão correspondente ao ângulo absoluto do eixo do motor através do mecanismo de engrenagem. Então o valor de tensão de realimentação é aplicado na entrada do amplificador de erro (comparador).
O amplificador de erro é um amplificador de realimentação negativa e tem a função de reduzir a diferença entre suas entradas. Ele compara a tensão relacionada à posição atual do motor (obtida pelo potenciômetro) com a tensão desejada relacionada à posição desejada do motor (obtida pela largura de pulso ao conversor de tensão), e produz o erro em forma de tensão positiva ou negativa.
Esta tensão de erro é aplicada à armadura do motor. Se o erro for maior, mais saída é aplicada à armadura do motor. Enquanto o erro existir, o amplificador amplifica a tensão de erro e, consequentemente, a energia da armadura. O motor gira até que o erro se torne zero. Se por outro lado o erro for negativo, a tensão da armadura inverte e, neste caso, a armadura gira na direção oposta.
4 – Servo Motor de Corrente Alternada CA
Com vimos, existem dois tipos distintos de servo motor ca: síncrono e de indução:
O motor de indução (gaiola de esquilo) possui o seu motor construído de alças de fio encurtadas em uma armadura giratória. A tensão é “induzida” no rotor através de indução eletromagnética. A principal diferença do servo motor de indução com um motor de indução comum é que o rotor da gaiola do servo é construído com barras condutoras mais finas, de modo que a resistência do servo motor seja menor do que a de um motor de indução comum. Eles são robustos, versáteis e podem fornecer potência considerável, sendo mais encontrados em aplicações maiores pois não possuem bom rendimento a baixas potências.
O servo motor ca síncrono é o mais encontrado na indústria e é composto de estator e rotor. Seu estator consiste em uma estrutura cilíndrica e núcleo, sendo que a bobina de indução é enrolada em volta do núcleo do estator e a extremidade da bobina é ligada a um fio condutor através do qual é fornecida corrente ao motor. O rotor é constituído por um ímã permanente e assim o servo motor não depende do tipo de indução de corrente alternada no rotor. O servo motor ca também pode ser chamado de brushless (sem escova) por causa de suas características estruturais.
Abaixo, podemos ver uma figura de um servo motor síncrono e suas características:



4.1 – Princípio de Funcionamento do Servo Motor CA
Um diagrama esquemático do sistema de servo motor de indução bifásico CA é mostrado na figura abaixo abaixo:



Neste nosso exemplo, para representar a posição desejada de referência, utilizamos um gerador síncrono em que ao girarmos o seu eixo, setamos a posição de referência. Funciona da seguinte forma: a entrada de referência que desejamos é dada por um ângulo teta do eixo do rotor de um gerador síncrono. O rotor do gerador síncrono por sua vez é alimentado com tensão e frequências fixas. Os três terminais do estator do gerador síncrono são então ligados aos terminais do transformador do circuito de controle. Assim, a posição angular do rotor (posicão desejada) do gerador síncrono é transmitida para o circuito de controle.
Inicialmente, existe uma diferença entre a posição do eixo do gerador e a posição do eixo do transformador de controle, que nomeamos de erro. Este erro é refletido em tensão através do transformador de controle e por sua vez é amplificado antes de ir para o controle de fase do servo motor.
Com a tensão de controle, o rotor do servomotor gira na direção necessária para que o erro torne-se zero. Este é o princípio básico de como é assegurada a posição do eixo de servomotores CA.
Na prática, a maioria dos servo drives modernos possuem CLPs e microprocessadores embutidos que geram frequência e tensão variável a fim de movimentar o motor. Para este controle são utilizadas as técnicas PWM e controle PID. O diagrama de blocos do sistema de servo motor CA utilizando controladores lógicos programáveis, controladores de posição e servo controladores é apresentado a seguir:



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