DPT - SEW EURODRIVE PORTUGAL Armazém Automático

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1 Armazém Automático Quartas-feiras com a Indústria - Dep. Engª Mecânica 17 Out

2 Armazém Automático - Índice Grupo SEW - Eurodrive SEW - Eurodrive Portugal Armazém Automático - Definição e Vantagens Selecção do equipamento - integração dos conversores de frequência na rede de automação - adaptação dos motoredutores aos requisitos dinâmicos da aplicação - dispositivos de realimentação: encoders - diferencial electrónico para trajectos em curva Ligações eléctricas - cuidados a ter - blindagem dos cabos - freios - sinais de controlo - fusíveis e cabos de potência - acessórios (bobines de protecção, filtros, etc.) Comissionamento dos conversores - software MOVITOOLS - dois tipos de controlo: VFC e CFC - função de partilha de cargas - diferencial electrónico -encoders absolutos 2

3 Armazém Automático - Índice Programação dos conversores - IPOS: estrutura do programa - Linguagens possíveis - Vantagens e funcionalidades 3

4 Grupo SEW - Eurodrive GRUPO SEW ANO DE FUNDAÇÃO : 1931 ORIGEM : ALEMANHA N.º DE EMPREGADOS : FÁBRICAS : ALEMANHA 3 FRANÇA 2 FINLÂNDIA 1 BRASIL 1 USA 1 CHINA 1 ESTABELECIMENTOS DE MONTAGEM: 45 VOLUME DE NEGÓCIOS : 967 MILHÕES DE EUROS POR ANO 4

5 Grupo SEW - Eurodrive Pensar globalmente e agir localmente Produção de todos os componentes em grandes séries, em nove fábricas altamente automatizadas Cliente Montagem e adaptação personalizada em mais de 40 estabelecimentos de montagem localizados em todos os países industrializados do mundo. Consequentemente: Elevados e uniformes padrões de qualidade Estabelecimentos de Montagem Fábricas de Produção de Componentes Prazos de entrega curtos e cumprimento dos mesmos Adaptação óptima dos accionamentos aos requisitos específicos de cada aplicação Completa gama de serviços concebida para a satisfação das necessidades dos mercados locais 5

6 SEW - Eurodrive Portugal Fundada em Jun/90 Inauguração do estabelecimento industrial de montagem em Out/92 Sede na Mealhada Escritórios técnicos em Lisboa e Porto Número de empregados: 35, dos quais 9 são licenciados (8 engenheiros) e 3 bacharéis (engenharia) Estatuto PME excelência industria, 1996/97/98/99 e 2000 Volume de negócios`00 : euros Capacidade de produção: 2 linhas de montagem motoredutores / ano 6

7 SEW - Eurodrive Portugal Os clientes não precisam de produtos, precisam de soluções soluções SEW Electrónica Serviços Moto-redutores Soluções de accionamento completas: Motoredutores, sistemas de controlo electrónicos, serviços pré-vendas e apósvendas, projectos chave na mão Um sistema concebido à medida para resolver mesmo as tarefas de accionamento mais difíceis 7

8 O Sistema modular da SEW EURODRIVE Redutores planetários de folga reduzida Redutores em linha Redutores de veios paralelos Redutores de engrenagens cónicas Redutores de roda coroa e parafuso Redutores sem fim SPIROPLAN Redutores helicoplanetários helicoidais Redutores planetários cónicos DY servo motor síncrono CT /CV servo motor assíncrono DT / DV motor assíncrono Motor CC VARIBLOC variadores mecânicos de velocidade VARIMOT Variadores mecânicos de velocidade Servo controlador MOVIDYN Controlador Vectorial MOVIDRIVE Conversor de frequência MOVITRAC Motor com conversor MOVIMOT 8

9 SEW - Eurodrive Portugal O Serviço mais importante que o Produto Serviço de Emergência 24/24h Serviço de Mudança de Óleo Serviço de Sobressalentes Serviço de Manutenção Móvel Manutenção Remota Serviços de Engenharia em todas as fases do projecto Reparações Formação de Clientes 9

10 Motores Trifásicos Assíncronos O que é um motor eléctrico? Motor eléctrico é uma máquina destinada a transformar energia eléctrica em energia mecânica. É o mais usado de todos os tipos de motores pois: tem baixo custo facilidade de transporte limpeza e facilidade de comando construção simples versatilidade de adaptação às cargas bons níveis de rendimento Quais os tipos de motores eléctricos existentes? Os tipos mais comuns de motores eléctricos são: motores de corrente contínua (CC) motores de corrente alternada (CA) 10

11 Motores Trifásicos Assíncronos Motores de corrente contínua: Têm custos mais elevados do que os motores de corrente alternada. Precisam de uma fonte de corrente contínua ou de um dispositivo que converta a corrente alternada em corrente contínua. Gama de variação de velocidade muito grande Controlo com grande flexibilidade e precisão Elevados custos de instalação Necessidade de manutenção Motores de corrente alternada: São os mais utilizados Dividem-se em dois grandes grupos: motores síncronos motores assíncronos 11

12 Motores Trifásicos Assíncronos Os motores eléctricos são caracterizados pela existência de: um elemento móvel - rotor - girando normalmente em torno de um elemento fixo coaxial - estator - separados entre si por um espaço de ar - entreferro. Constituição do estator Para um motor de dois pólos o estator é constituído por três enrolamentos separados e por um núcleo de material ferromagnético. Os enrolamentos são alimentados por três formas de onda, desfasadas de 120º, que criam um campo magnético girante a uma velocidade ωt (se f = 50Hz, então ω= Assim, a velocidade de rotação à frequência de 50Hz éde 3000 rpm). 12

13 Motores Trifásicos Assíncronos Constituição do rotor O rotor é constituído por um núcleo de material ferromagnético envolto em material condutor - ferro ou alumínio - por forma a que os condutores fiquem curto-circuitados nas extremidades. A força do campo magnético é função de várias variáveis: Tensão Frequência Nº de voltas dos enrolamentos Características magnéticas do material dentro dos enrolamentos 13

14 Motores Trifásicos Assíncronos 1 2 MOVIMENTO DO ROTOR O rotor acompanha o movimento giratório do campo electromagnético produzido pelo estator => aparece o binário. O módulo do binário depende: da força do campo magnético no estator. da intensidade de corrente que circula nos enrolamentos do rotor. da velocidade relativa entre o rotor e o estator. 3 14

15 Variação Electrónica de Velocidade VANTAGENS Poupança de energia Facilidade de controlo Compensação do factor de potência Diminuição dos choques mecânicos Suavização do arranque Limitação dos picos de corrente no arranque Aumento das características dos motores Aumento da protecção das pessoas e bens 15

16 Variação Electrónica de Velocidade Princípio de funcionamento 16

17 Variação Electrónica de Velocidade Aplicações Típicas Os conversores de frequência são normalmente utilizados quando se pretende satisfazer determinados requisitos de um accionamento: Variação de velocidade por forma a um melhor ajuste às cadências de produção Controlo remoto da velocidade e do sentido de rotação Melhorar a precisão do posicionamento Nº de arranques/paragens por hora superior ao de um motor ligado directamente à rede Limitação da carga pelo conversor 17

18 Armazém Automático - Definição Armazém automático (ou inteligente): local de permanência temporária de produtos. Contrariamente a um armazém tradicional, a forma de se efectuar a recolha e colocação de produtos é realizada através de processos mecânicos automatizados, em substituição da mão de obra humana ou do empilhador. Um armazém automático compreende: Espaço de armazenagem normalmente estanteria Receber produtos em suporte conveniente Sistema electromecânico movimentação dos produtos: Ponto de entrada --> espaço de armazenagem --> ponto de saída Equipamento electrónico e informático gestão do espaço e d ã d i t l t â i 18

19 Armazém Automático - Vantagens Automatização do transporte: Diminuição da área ocupada: Distância entre estantes pouco superior à largura do suporte. Possibilidade de atingir alturas da ordem dos 25/30m Redução de mão-de-obra directa Processo realizado por máquinas não conduzidas Redução dos danos nos materiais armazenados Movimentação mais precisa reduz acidentes Possibilidade de ligação directa a entidades em ambas as extremidades do A. A. Camiões, máquinas, vagões, postos de trabalho, etc 19

20 Armazém Automático - Vantagens Gestão informatizada: Controlo permanente de inventário Saber o que existe, onde, quando saiu, para onde Redução de erros de preparação O sistema apresenta sempre o produto correcto Simplicidade das operações de verificação Inventário feito com apoio do computador 20

21 Armazém Automático - Vantagens De uma forma geral: Redução de mão-de-obra directa Melhor gestão Operação com menos erros Diminuição do tempo de resposta Menos tempo desperdiçado à procura de artigos perdidos Menos produtos com prazos de validade expirados 21

22 Armazém Automático - Selecção do equipamento Integração dos conversores de frequência na rede de automação Há um sistema de controlo e comando de nível superior: PLC ou PC-i Controlo PLC ou PC-i Alimentação Conversores de frequência Quadro eléctrico O PLC ou PC-i faz a gestão de todo o processo: - define a sequência de activação dos actuadores - analisa sinais dos sensores - define posições de destino e velocidade - interface com o utilizador Os conversores de frequência: - controlam o movimento - controlam a posição - analisam os sinais dos encoders Moto-redutores 22

23 Armazém Automático - Selecção do equipamento Integração dos conversores de frequência na rede de automação Troca de informação entre PLC ou PC-i e os conversores Protocolos de comunicação: PROFIBUS, INTERBUS, DeviceNet bus de campo 23

24 Armazém Automático - Selecção do equipamento Adaptação dos motoredutores aos requisitos dinâmicos da aplicação MOTO-REDUTOR + MOVIDRIVE SELECÇÃO AOS 50Hz (1500rpm) Para motores assíncronos usar de preferência motores de 4 pólos e classe de isolamento F, com sensor de temperatura TF ou TH Variador de velocidade MOVIDRIVE com potência equivalente à do motor. Nos sistemas realimentados a potência máxima útil é três vezes a do motor. O moto-redutor deverá ser seleccionado tendo em consideração que a velocidade máxima do accionamento não deverá ultrapassar a velocidade nominal do motoredutor. Na opção de controlo em CFC a velocidade máxima do motor deverá ser os 1000rpm. A selecção do servo-motor deverá ser feita de acordo com a sua corrente máxima. A SEW apresenta, no System Manual, diversas tabelas exemplo para a selecção do motor e do variador MOVIDRIVE 24

25 Armazém Automático - Selecção do equipamento CARACTERISTICA DO MOTOR CA CONTROLADO POR VARIADOR DE VELOCIDADE - Fbase=50Hz A TENSÃO APLICADA AO MOTOR AUMENTA ATÉ À FREQUÊNCA f base, ALTURA EM QUE ATINGE O SEU VALOR NOMINAL. PARA FREQUÊNCIAS SUPERIORES, A TENSÃO APLICADA É SEMPRE V N. Frequência [Hz] ABAIXO DA FREQUÊNCA f base : BINÁRIO CONSTANTE POTÊNCIA CRESCENTE ACIMA DA FREQUÊNCA f base : BINÁRIO DECRESCENTE POTÊNCIA CONSTANTE P M = 9550 n Frequência [Hz] 25

26 Armazém Automático - Selecção do equipamento CURVAS DE BINÁRIO PARA MOTORES DE 4 PÓLOS Tensão do motor: 230/400V 50Hz Ligação em estrela M N - Binário nominal do motor P - Potência nominal do motor N Curva Tipo de serviço Ventilação do motor Variador de velocidade Auto-ventilado Forçada 1 S1 ED=100% X Potência do variador igual à 2 S3 ED=25% X potência do motor 3 S1 ED=100% X Optimização do controlo e parâmetros 4 S3 ED=10% para ta 60s X Corrente dinâmica I max. =150% I N 5 S3 ED=10% para ta 60s X I max. = 150% I N variador de velocidade 26

27 Armazém Automático - Selecção do equipamento CURVAS DE BINÁRIO PARA MOTORES DE 4 PÓLOS Tipo de Controlo: CFC 1 Auto-ventilado 2 Com ventilação forçada 3 Binário máximo M N - Binário nominal do motor M max e n base dependem da combinação motor/mdv, em controlo CFC. Os valores para M N,M max e n base podem ser determinados nas secções e do System Manual 27

28 Armazém Automático - Selecção do equipamento MOTO-REDUTOR + MOVIDRIVE SELECÇÃO AOS 87Hz (2610rpm) Para motores assíncronos usar de preferência motores de 4 pólos e classe de isolamento F, com sensor de temperatura TF ou TH Variador de velocidade MOVIDRIVE de potência 3 potência do motor (P= 3Pn). Nos sistemas realimentados a potência máxima útil é 3x 3P n. O moto-redutor deverá ser seleccionado tendo em consideração que a velocidade máxima do accionamento não deverá ultrapassar 3 a velocidade nominal do motoredutor (i = 87/50*i). Na opção de controlo em CFC a velocidade máxima do motor não deverá ultrapassar as 1700rpm. A selecção do servo-motor deverá ser feita de acordo com a sua corrente máxima A SEW apresenta diversas tabelas exemplo para a selecção do motor e do variador MOVIDRIVE 28

29 Armazém Automático - Selecção do equipamento CARACTERISTICA DO MOTOR CA CONTROLADO POR VARIADOR DE VELOCIDADE - Fbase = 87HZ Frequência [Hz] ABAIXO DA FREQUÊNCA f base : BINÁRIO CONSTANTE POTÊNCIA CRESCENTE ACIMA DA FREQUÊNCA f base : BINÁRIO DECRESCENTE POTÊNCIA CONSTANTE A 87 Hz O MOTOR TEM P=P N x 3 A TENSÃO APLICADA AO MOTOR AUMENTA ATÉ À FREQUÊNCA f base, ALTURA EM QUE ATINGE O SEU VALOR NOMINAL. SÓ A 87 Hz É QUE O MOTOR TEM V N APLICADA. Frequência [Hz] 29

30 Armazém Automático - Selecção do equipamento CURVAS DE BINÁRIO PARA MOTORES DE 4 PÓLOS Tensão do motor: 230/400V 50Hz Ligação em triângulo Curva Tipo de serviço Ventilação do motor Variador de velocidade M N - Binário nominal do motor Auto-ventilado Forçada PN - Potência nominal do motor 1 S1 ED=100% X Potência do variador igual a 3 a 2 S3 ED=25% X potência do motor 3 S1 ED=100% X Optimização do controlo e parâmetros 4 S3 ED=10% para ta 60s X Corrente dinâmica I max. = 3x150% I N 5 S3 ED=10% para ta 60s X I = 3 150% v. de velocidade max. I N 30

31 Armazém Automático - Selecção do equipamento SELECÇÃO DO MOTOR EM MODO VFC Com a ligação em triângulo consegue-se uma gama de variação de velocidades superior à ligação em estrela Em CFC a gama de variação de velocidade é até à imobilização A solução CFC é uma solução alternativa à solução servo A sequência das fases tem que estar correcta 31

32 Armazém Automático - Selecção do equipamento SELECÇÃO DO MOTOR EM MODO CFC A opção de ligação em triângulo é aquela que oferece mais vantagens técnicas A sequência das fases tem que estar correcta 32

33 Dispositivos para realimentação - Encoders Princípio funcional de encoder incremental óptico Disco incremental 33

34 Dispositivos para realimentação - Encoders Encoder incremental com sinais TTL/HTL Sinais de saída 34

35 Dispositivos para realimentação - Encoders Encoders incrementais com sinais TTL/HTL Nível de sinal Amplitude Saída Encoder TTL Encoder HTL U alta 2,5V DC U B -3,5V DC TTL: Transistor Transistor Logic U baixa 0,5V DC 1,5V DC HTL: High Voltage Transitor Logic 35

36 Dispositivos para realimentação - Encoders Encoder incremental com sinais sin/cos de elevada resolução Sinais das saídas Nível de sinais Amplitude Saída encoder sin/cos U alta 2,5Vdc + 0,5V U baixa 2,5Vdc - 0,5V 36

37 Dispositivos para realimentação - Encoders Encoder absoluto com interface SSI Disco de código em código de Gray Processamento de sinal no encoder 37

38 Diferencial Electrónico para Trajectos em Curva Problema Divisão da potência pelas duas rodas accionadas aumento da aceleração transversal da carga dentro da curva O principal objectivo do controlo é obter uma velocidade constante em curva. 38

39 Diferencial Electrónico para Trajectos em Curva Hardware Controlador vectorial MOVIDRIVE tipo MDV60A-xxx tipo MDS60A-xxx Motores CT / CV DY DT / DV.. EVx / ESx encoder servo motor assíncrono servo motor síncrono motor assíncrono de rotor em gaiola de esquilo com Opcionais necessários para o controlador mestre DIP11A encoder absoluto bus de campo, se necessário DFP, DFI, DFC, DFD 39

40 Ligações Eléctricas LIGAÇÕES ELECTRICAS DE POTÊNCIA E DO FREIO A alimentação do freio tem de ser efectuada em separado da do motor Para sistemas de elevação deverá ser usada a frenagem rápida (comutação simultânea dos circuitos AC e DC) A sequência das fases tem que estar correcta 40

41 Ligações Eléctricas SEGURANÇA ELÉCTRICA E FÍSICA 1 Abraçadeira de fixação da malha 2 Ligação da terra Protecção contra contactos na secção de potência 41

42 Ligações Eléctricas LIGAÇÕES ELÉCTRICAS DE COMANDO Indicador de 7 segmentos 0 - Em teste 1 - Variador Inibido 2 - Sem ordem de funcionamento 3 - Corrente a velocidade zero 4 - Operação em CFV 5 - Controlo de velocidade 6 - Controlo de binário 7 - Corrente a segurar a carga 8 - Colocação dos parâmetros de fábrica 9 - Fim de curso activo A- Opção especial b - Não usado c - À procura da referência d - Arranque com o motor em movimento E - Não usado F - Indicação de defeito (apaga/acende) H- Operação em manual 42

43 Ligações Eléctricas LIGAÇÕES DO ENCODER LIGAÇÕES DAS BLINDAGENS 43

44 Ligações Eléctricas - Fusíveis e Cabos 44

45 Ligações Eléctricas - Acessórios Bobinas de protecção ND: protecção contra sobretensões Filtros de entrada NF: supressão de interferências na alimentação Anéis de ferrite HD: supressão de interferências por radiação dos cabos do motor (não blindados) Filtro de saída HF: filtros sinusoidais para suavização da tensão de saída do conversor Resistências de frenagem BW: para dissipação da energia gerada pelo motor nas desacelerações Reenvio de energia para a rede MDR 45

46 Comissionamento - Software PROGRAMA DE PARAMETRIZAÇÃO, CONTROLO, VISUALIZAÇÃO E DIAGNÓSTICO MOVITOOLS Versão 2.60 Manager: Estabelece a configuração de todas as ferramentas, tais como a linguagem e a porta de comunicação Shell: Programa de comissionamento, diagnóstico e definição de parâmetros Descrição de parâmetros e ajuda integrada on-line Criação de menus do utilizador Scope: Visualização de dados do processo Diagnóstico da unidade Possibilidade de visualizar vários gráficos em simultâneo Status: Janela de tamanho reduzido para indicação de estado e mensagens de erro, botão de reset integrado Compiler: Interface de programação para linguagem de alto nível C para programação do IPOS plus. Assembler: Programação em linguagem de baixo nível - Assembler 46

47 Comissionamento - Software SHELL 47

48 Comissionamento - Software SCOPE - Início de gravação 48

49 Comissionamento - Software SCOPE - Visualização de dados 49

50 Comissionamento - Controlo VFC e CFC MOVIDRIVE - RESPOSTA DINÂMICA COMPARAÇÃO ENTRE CONTROLO VFC E CFC Cálculo contínuo do modelo matemático do motor Tempo de ciclo de 1ms em VFC com encoder Tempo de ciclo de 125µs em CFC 50

51 Comissionamento - Controlo VFC e CFC CARACTERÍSTICAS VFC CFC Binário máximo disponível MOVIDRIVE - RESPOSTA DINÂMICA COMPARAÇÃO ENTRE CONTROLO VFC E CFC mínimo 150% de Mn desde 0,5Hz sem realimentação mínimo 150% de Mn desde a velocidade zero com realimentação mínimo 160% de Mn desde a velocidade zero Tempo de resposta Aprox. 8ms Aprox. 2ms Precisão Muito boa Excelente Controlo em binário Não Sim Controlo de um ou vários motores em simultâneo Possível controlar um motor isolado ou um grupo de motores Possível para um motor isolado Modelo de MOVIDRIVE disponível MDF, MDV, MCF, MCV MDV, MCV 51

52 Diferencial Electrónico - Partilha da Carga Funcionamento normal uquando a roda dianteira entra na curva roda traseira tem de abrandar uquando a roda traseira entra na curva a dianteira está em linha recta velocidade da roda traseira aumenta de um factor de 2 ou mais: V 2máx 1 V 1 = L R 2 R em que: V2 - velocidade do escravo (roda traseira) V1 - velocidade do mestre (roda dianteira) R - raio da curva L - distância entre eixos 2 Aumento da velocidade da roda traseir Acelerações transversais muito elevada Necessidade de ajuste da velocidade da roda dianteira 52

53 Diferencial Electrónico - Partilha da Carga Solução com MOVIDRIVE divisão da potência através de RS-485 u cada uma das rodas accionadas controlada por conversor de frequência u controlo de velocidade ou de posição do controlador mestre u controlo de binário do controlador escravo posicionamento u o controlador mestre trabalha em modo de funcionamento com controlo de posição enquanto a unidade se encontra nas colunas de armazenamento u para realimentação da posição é usado um encoder absoluto u quando a unidade se desloca em curva o modo de funcionamento é alterado para controlo de velocidade 53

54 Diferencial Electrónico - Partilha da Carga cálculo para controlo da velocidade em curva (funcionalidade do IPOS) uusando o S-bus, o programa de IPOS do controlador mestre lê o valor actual do controlador escravo ua diferença das duas velocidades é calculada e o resultado é usado na adição da velocidade de setpoint do controlador mestre: A unidade de armazenamento perfaz as curvas com um mínimo de aceleração transversal Velocidade em curva 2.5 a 3 vezes superior 54

55 Carta para encoders absolutos Porquê o uso de encoders absolutos? - Evitam o referenciamento (busca do ponto zero ) da máquina - O escorregamento existente entre o accionamento e a superfície de tracção é compensado Alguns tipos de encoders absolutos: Encoders absolutos incrementais -T&R CE65 - STEGMANN AG100 MSSI Encoders laser - VISOLUX EDM - SICK DME-3000 Réguas lineares - STAHL WCS2-LS311 55

56 Carta para encoders absolutos Ao fazer o posicionamento pelo encoder absoluto temos: - necessidade de instalação de um encoder/resolver incremental no veio do motor para realimentação da velocidade - compensação automática do escorregamento entre o encoder instalado no veio do motor e o encoder absoluto - a resposta dinâmica depende das propriedades mecânicas da máquina bem como da resolução para o posicionamento. 56

57 IPOSplus - Fluxograma Inicialização - valores de velocidade - valores de rampas - subrotinas Definição das acções: - manual / automático Condições para realização das acções - entradas binárias Sinalização das acções - saídas binárias 57

58 IPOSplus - Código Assembler 58

59 IPOSplus - Código Compilador C 59

60 IPOSplus - Funcionalidades Libertação do sistema superior de controlo (PLC ou PC-i) das tarefas de posicionamento Possibilidade de activação/desactivação de actuadores e leitura de sensores Execução de duas tarefas em simultâneo Controlo de posição e de velocidade em simultâneo Aplicável a todos os tipos de motores e motoredutores Um conversor de frequência para cada motor ou motoredutor 60

61 Discussão final 61