Em geral composta por um microprocessador com sua interface de entrada e saída e as unidades de memória do CNC.

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1 Unidade de Controle Módulo de Entrada A entrada de dados das máquinas CNC pode acontecer de forma local (o usuário realiza a entrada de dados na própria máquina, ou pelo painel de controle ou por um dispositivo externo, como um disco magnético, por exemplo) ou por meio de uma rede de comunicação (redes DNC que utilizam, por exemplo, o padrão de comunicação serial, através de padrões RS 232 ou RS 432). Cabe observar que o uso de redes DNC permite que um servidor armazene e faça a transmissão dos programas para mais de uma máquina CNC de forma simultânea e ainda monitore a condição atual de cada uma delas. Central de Processamento Em geral composta por um microprocessador com sua interface de entrada e saída e as unidades de memória do CNC. O microprocessador é o dispositivo responsável pela interpretação das informações enviadas na como entrada para o CNC e enviar o resultado já processado pelo programa armazenado em sua memória (comando da máquina) para o restante do CNC. Quando falamos em memória do CNC, devemos ter em mente que essa memória se divide em três tipos de memória: Memória ROM: memória de leitura apenas onde fica armazenada as informações fornecidas pelo fabricante do CNC, como, por exemplo, o interpretador de código EIA\ISO; Memória RAM: memória volátil que serve, em geral, para armazenar as imagens de entrada e saída (buffers formados pelo microprocessador para depois serem enviadas ao circuito); Memória EEPROM: Memória estática onde o usuário armazena algumas informações da máquina (informações sobre ferramentas, por exemplo) e programas. Módulo de Saída Transmite para os outros circuitos de controle os dados já processados pela unidade central de processamento, permitindo que esses atuem de forma a realizar uma tarefa.

2 Unidades de Potência É a unidade responsável pelos acionamentos dos motores que realizam os movimentos dos eixos e mesmo o controle do acionamento e do funcionamento do eixo árvore da máquina. Drivers Os drivers são os circuitos responsáveis pela interpretação das informações enviadas por sensores ou mesmo pelos elementos de processamento, para realizar o acionamento dos dispositivos atuadores. Esses drivers, em geral, são compostos por dispositivos de amplificação de sinal, para amplificar um sinal de baixa amplitude enviado pelo sensor ou pelo controlador, para que esse novo sinal amplificado seja suficiente para realizar o acionamento do dispositivo atuador. Existem drivers que realizam a isolação do sinal de acionamento para o sinal que irá acionar o elemento atuador. Essa isolação pode ser realiza de algumas formas, como por exemplo, isolamento óptico. Nos drivers com isolamento óptico, o sinal é isolado por meio de fototransistores ou conjuntos foto-diodos emissores e receptores, onde o sinal de entrada faz com um elemento emissor transmita luz para o elemento receptor, e esse converta esses fótons de luz enviados pelo emissor em sinal elétrico, que habilita o funcionamento do restante do circuito ligado a ele. A vantagem de se realizar o isolamento do circuito de controle, dos elementos de atuação, é o fato de evitar que algum mal funcionamento que ocorra nos elementos atuadores venha a danificar o circuito de controle. Cada motor na máquina CNC possui seu próprio driver de acionamento, sendo que esses drivers são específicos para cada tipo de motor acionado.

3 Motores de Corrente Contínua Segundo características retiradas do fabricante WEG, são motores que, em geral, apresentam como características: Potências: Até 10 MW; Tensão de Alimentação: 110 a 800 V DC ; Baixo nível de ruído; Baixo momento de inércia; Alta eficiência Dados retirados do site do fabricante WEG ( Motor-de-Corrente-Continua), no dia 10/11/2008 Seu funcionamento é baseado na repulsão entre os campos do rotor e do estator. Para que o rotor continue girando quando as forças se neutralizam, o coletor do motor realiza a inversão do sentido de circulação de corrente nos enrolamentos do rotor, fazendo com que ele continue a girar no mesmo sentido. A região onde ocorre a comutação do sentido de circulação da corrente nas espiras do rotor, recebe o nome de ZONA NEUTRA ou ZONA DE COMUTAÇÃO. No rotor (também chamado de armadura), tem suas espiras ligadas em série e essas ligadas ao coletor do motor, permitindo que essas recebam alimentação externa independente. Dentre as diversas configurações de alimentação existentes para os motores DC, a mais utilizada pela indústria é a Excitação Independe, onde a alimentação do rotor é feita de forma independente da alimentação do estator. Dessa forma, temos um maior controle sobre a rotação e o torque apresentado pelo motor. O controle da rotação é feita controlando a alimentação do rotor. Já o controle do torque é feito controlando a alimentação do estator. Mantendo a alimentação do estator (também chamado de enrolamento de campo) constante, podemos variar a rotação do motor, mantendo constante o torque no motor.

4 Drivers de Acionamento de Motores de Corrente Contínua Uma das formas de realizar o controle do motor de corrente contínua é construir um driver utilizando uma ponte retificadora totalmente controlada (com SCR s) sendo disparados por um circuito de disparo (por exemplo, o 785 da Siemens). O retificador totalmente controlado é composto por 6 SCR s (quando desejamos retificar as três fases em uma rede trifásica) ou por 4 SCR s (quando desejamos retificar apenas uma fase da rede). O dispositivo SCR (Silicon Controled Retifier), é um tiristor (semicondutor composto de 4 camadas PNPN), que apresenta como condições de disparo (comutação): Potencial do anodo maior que o potencial do catodo (SCR diretamente polarizado); Pulso positivo no terminal de gate em relação ao catodo. Quando temos essas duas condições, o SCR estará conduzindo e permanecerá assim se quando o pulso de gate for retirado, a corrente que circula por ele for maior que a corrente de travamento do componente. Uma vez conduzindo, o SCR deixa de conduzir quando a tensão de anodo se torna menor que a tensão de catodo, ou quando a corrente que circula por ele se torna menor que a corrente de manutenção do dispositivo. Quem é responsável, no retificador, para garantir que cada SCR dispare no tempo correto, é o componente 785. Esse componente realiza o sincronismo do retificador com a rede de alimentação, dessa forma, os SCR s apenas iram conduzir no momento apropriado e depois de um determinado tempo estipulado pelo controlador. O tempo necessário para cada SCR conduzir (também conhecido como ângulo de disparo do SCR), é ajustado numa das entradas do 785 através de um valor de tensão que varie numa faixa de 0 a 10V DC. Com esse conjunto, temos como controlar o nível de tensão que estará sendo aplicado ao enrolamento do rotor e do estator. Mantendo a tensão sobre o estator constante, podemos variar a tensão de alimentação sobre o rotor e não perder torque na ponta do eixo do motor, sendo essa umas das principais vantagens do motor DC. Reduzindo a alimentação do estator, podemos atingir rotações acima das rotação nominal do motor, com o custo de perdermos torque na ponta do eixo.

5 Motores Trifásicos de Corrente Alternada O funcionamento dos motores de corrente alternada está baseado no princípio da máquina de indução. Os enrolamentos do estator são montados defasados 120º mecânicos entre si e alimentados por correntes defasadas 120º elétricos entre si, fazendo surgir assim um momento torçor no rotor que segue o deslocamento do campo girante. A circunferência de graus elétricos possui 2π rad (360º) para cada par de pólos do estator (a quantidade de pólos é igual a quantidade de pólos magnéticos que o estator apresenta quando alimentado). Conversão de Graus Elétricos para Graus Mecânicos - Retirado de página 3 São os motores mais utilizados pela indústria, devido ao seu baixo custo de implementação e manutenção quando comparados com motores de corrente continua. Os motores de corrente alternada trifásicos apresentam diversos tipos de rotores, sendo o mais utilizado o rotor gaiola de esquilo (utilizado em cerca de 90% dos motores AC), devido a sua versatilidade e robustez, sendo substituído em algumas aplicações específicas apenas. Esse tipo de rotor possuí ranhuras fechadas onde é injetado alumínio fundido, formando barras que interligam os dois anéis também de alumínio fundido que curto-circuitam essas barras.

6 Esquema Representativo Rotor Gaiola de Esquilo - Retirado de ele0941/arquivos/cap4_maquina_%20de_%20inducao.pdf página 2 Outro tipo de rotor é o bobinado, onde as ranhuras do rotor são abertas e são colocados enrolamentos com um dos seus terminais ligados a anéis montados no eixo. A vantagem do rotor bobina em relação ao rotor gaiola de esquilo, é que o rotor bobina permite a ligação de resistências em série com seus enrolamentos, permitindo um controle de velocidade da partida do motor sem prejudicar muito seu conjugado. Essa resistência é reduzida com o aumento da velocidade do rotor. Essa redução pode acontecer, por exemplo, utilizando resistores programáveis, onde sua resistência vária dentro de uma faixa de valores. Cada valor de resistência é alcançado aplicando uma combinação binária em sues terminais programáveis. O responsável por essa redução é o microprocessador da máquina, que a realiza em função dos dados enviados quanto a rotação em que o eixo se encontra. Esquema de Ligação Rotor Bobinado Retirado de página 2 A velocidade com que o campo girante se desloca é chamada de velocidade síncrona. A velocidade de deslocamento do rotor, para existir momento torçor, é sempre inferior a velocidade síncrona, isso porque se as duas velocidades forem iguais, não existira indução no rotor, portanto não existirá torque no rotor, por isso o motor também é conhecido como motor assíncrono.

7 A relação entre a velocidade de deslocamento do campo girante e da velocidade de deslocamento do rotor é chamada de escorregamento do motor. Tipos de Fechamento Motor Trifásico Os fechamentos do motor trifásico consistem na forma como seus enrolamentos estão ligados a rede de alimentação. Cada fechamento possui uma característica própria, sendo que em muitos casos os motores são partidos com um fechamento e esse é trocado quando o motor atinge uma determinada rotação. O uso de um fechamento para partida e outro fechamento para o funcionamento normal do motor se deve ao fato da corrente de partida do motor ser muito alta (devido aos indutores enrolamentos do motor demandarem corrente para poder gerar fluxo magnético), necessitando assim de um fechamento que reduza essa corrente de partida, contudo, esse fechamento nem sempre é o ideal para o funcionamento do motor depois de partido. Dentre os tipos de fechamento podemos citar: Série Paralelo: Ligação utilizada quando temos diferentes níveis de tensão para ligação do motor. Nesse tipo de ligação temos um conjunto de bobinas ligadas em série num tipo de ligação (estrela ou triângulo) e o outro ligado em paralelo na mesma configuração. Quando temos um nível de tensão aplicado a dois enrolamentos em série, partindo do princípio que eles possuem a mesma impedância elétrica (oposição que os elementos apresentam a passagem de corrente elétrica alternada por eles), teremos um divisão de tensão formado, onde a tensão sobre cada enrolamento será metade da tensão aplicada. Já nos enrolamentos em paralelo, o nível de tensão aplicados sobre eles será o mesmo. Retirado da Apostila de Eletrônica de Potência Professor Sérgio Luiz Volpiano Capítulo 9 Motor CA - Página 104

8 Retirado da Apostila de Eletrônica de Potência Professor Sérgio Luiz Volpiano Capítulo 9 Motor CA - Página 104 Ligação Estrela Triângulo: Utilizada quando temos diferentes níveis de tensão e a relação entre esses níveis de tensão é igual a 3. Retirado da Apostila de Eletrônica de Potência Professor Sérgio Luiz Volpiano Capítulo 9 Motor CA - Página 105

9 Tipos de Partida dos Motores Trifásicos de Corrente Alternada Durante a partida, a corrente demanda por um motor pode ser 6 ou até 8 vezes maior que a corrente nominal, o que em muitos casos, influência o funcionamento de outros dispositivos que estiverem ligados na mesma linha de alimentação do motor. Para reduzir essa corrente de partida, existem os métodos de partidas eletromecânicos (uso de chaves contatoras) e os métodos eletrônicos (uso de softstarter). Contatores consistem em elementos eletromecânicos que utilizam o fluxo magnético induzido no interior de um indutor para atrair um núcleo ferromagnético que comuta (chave,alterna) os contatos em seu interior (os contatos que estavam abertos N.A. se fecham e os contatos fechados N.F. se abrem). Esses contatos permanecem comutados enquanto o indutor permanecer energizado, retornando a sua posição original uma vez que a alimentação seja retirada. Temos como métodos de partida: Partida Direta: Utilizada apenas em motores de até 5 CV, pois não reduz a corrente de partida, consiste em apenas realizar a ligação do motor a rede de alimentação (em conjunto com os elementos de proteção como disjuntores térmicos e fusíveis). A grande vantagem desse tipo de ligação é a rápida aceleração do motor. Partida Estrela-Triângulo: Utilizado quando o nível de tensão da rede for igual a tensão que será aplicada nos terminais dos enrolamentos do motor. Nesse tipo de partida, o motor é ligado em estrela para partir, dessa forma, a tensão que cai sobre seus enrolamentos é 3 menor que a tensão que seria aplicada em seus enrolamentos caso ele fosse partido em triângulo. Como a tensão é menor, temos também uma diminuição da corrente de partida, lembrando que a corrente de fase é igual a corrente de linha na ligação estrela. Quando o motor está próximo de atingir sua velocidade nominal, através de chaves contatoras é feita a comutação do fechamento de estrela para triângulo (a comutação é feita com a velocidade próxima da nominal para evitar aumentos bruscos na corrente). Apesar desse método apresentar um menor corrente de partida, ele apresenta também baixo conjugado de partida quando comparado com o método de partida direta, sendo recomendado para partir motores com carga reduzida ou em vazio (motores que partem sem carga).

10 Partida com Chave Compensadora: Esse método de partida utiliza um autotransformador (tipo de transformador onde o mesmo enrolamento é utilizado como primário e secundário) para reduzir o nível de tensão aplicada sobre o motor para valores iguais as derivações do autotransformador. Seu funcionamento utiliza o mesmo princípio da partida por estrela-triângulo, com as vantagens de fornecer uma corrente maior que a corrente de linha fornecida pela estrela e também por possuir mais que apenas dois níveis de tensão, possuindo assim um maior conjugado de partida que a partida em estrela-triângulo. Com o aumento da velocidade do motor, temos um aumento no nível de tensão aplicado pelo secundário do autotransformador. Quando o motor atinge uma velocidade próxima da velocidade nominal, o autotransformador é isolado do circuito e o motor é ligado a rede de alimentação. Partida com Chave Eletrônica Soft-Starter : Esse tipo de partida utiliza chaves eletrônicas de potencia para regular o nível de tensão na carga. As chaves utilizadas são pares de SCR s utilizados na configuração antiparalelo, de forma que possam se comportar como um TRIAC, mas sem a limitação de corrente que o TRIAC apresenta. O princípio de funcionamento desse método consiste em controlar o ângulo de disparo dos SCR s, controlando assim o nível de tensão que cai sobre os enrolamentos do motor. Dessa forma, a tensão aplicada sobre o motor aumenta de forma gradativa, formando uma rampa (por isso esse tipo de partida também é conhecido como partida em rampa). A grande vantagem desse tipo de partida em relação as partidas eletromecânicas, é que pelo chaveamento acontecer de eletrônica, não temos a presença de arcos ou ruídos, o que aumenta a vida útil dos elementos. O disparo dos SCR s acontece por intermédio de um microprocessador que envia os pulsos de acordo com a aceleração do motor. Motores de Passo Os motores de passo foram desenvolvidos para apresentar um maior controle sobre o deslocamento do motor, sem a necessidade de um controle em malha fechada (onde um sensor de posicionamento envia um sinal para o circuito controlador para informar a posição de um determinado ponto do eixo do motor). O menor deslocamento angular desse motor é o passo. O motor se desloca um passo quando alimentamos uma de suas bobinas. Essa é uma das principais características desse tipo motor, quanto seu eixo se desloca por passo, alguns valores de ângulo de deslocamento por passo são: 0.72º, 1.8º, 3.6º, 7.5º, 15º e 90º.

11 O motor apresenta maior estabilidade, pois, quando nenhum pulso é enviado a suas bobinas, seu eixo permanece parado sobre uma posição fixa, não se deslocando. Outra característica que deve ser observada do motor de passo, é que diferente dos outros tipos de motores (tanto AC como DC), não basta alimentarmos e mantermos a alimentação sobre as bobinas do estator, devemos fazer com que as bobinas do estator sejam alimentadas na ordem correta e com uma freqüência suficiente para nos gerar a rotação desejada do eixo. O motor realiza uma revolução (volta) completa toda vez que ele se desloca por todos seus passos (completando assim um deslocamento angular de 360º). Devemos ter em mente que quanto maior for a velocidade de deslocamento do motor, menor será o torque disponível, pois, o tempo em que cada bobina irá permanecer energizada será muito baixo. Os motores de passo se dividem em três grandes grupos: Motores de Imã Permanente: São os motores que apresentam um imã permanente em seu rotor, seu deslocamento acontece em função da interação do campo do imã permanente com o campo gerado nas bobinas do estator em função do pulso enviado ao mesmo, podem possuir com conjugado de partida. Motores de Relutância Variável: São motores onde o rotor não possui um imã permanente, e sim um material ferromagnético ranhurado para aumentar a relutância de um trecho do rotor, dessa forma, o fluxo magnético gerado pelos enrolamentos faz com que o região não ranhurada do motor se alinhe. Como não possui campo magnético próprio, não pode partir com um conjugado alto de partida. Motor de Passo Híbrido: Apresenta as características das duas construções anteriores, apresentando uma boa relação conjugado de partida/controle. As vantagens do uso de motores de passo é que eles apresentam: Conjugado máximo a cada deslocamento; Facilidade de controle de sentido de deslocamento e precisão no deslocamento; Drive de controle digital, facilitando o uso de microcontroladores ou microprocessadores para seu controle; Rotação dependente da velocidade com que os pulsos são enviados para os enrolamentos, portanto, ampla quantidade de rotações disponíveis.

12 Contudo o motor de passo apresenta como desvantagens: Dificuldade no controle em altas rotações (em torno de 7200 RPM); Caso a freqüência utilizada seja a freqüência de ressonância do motor, ocorreram perda de passos e de sincronismo no motor. Drive de Acionamento do Motor de Passo A vantagem do uso de motores de passo é que seu drive de acionamento é construído utilizando lógica digital e apenas uma interface simples de potencia é necessária para fazer uma interface quanto a intensidade da corrente que circula nos enrolamentos do motor. Existem dois tipos de conjuntos de enrolamentos nos motores de passo: Os unipolares, que apresentam um terminal comum para cada par de bobinas (equivalente a um center-tap), que permite que esse motor seja controlado com um drive que apenas envie pulsos para polarizar o circuito em apenas uma polaridade; Os bipolares, que apresentam pares de fios separados para cada enrolamento, onde o drive de acionamento deve ser mais elaborado, uma vez que ele deve polarizar os enrolamentos com polaridades opostas, contudo esse tipo de dispositivo apresenta um maior conjugado disponível. Tanto para os motores unipolares quanto para os motores bipolares, podemos ter o deslocamento através de passos inteiros ou através de meio passos.

13 Deslocamento do motor de passo bipolar Retirado de Deslocamento do motor de passo unipolar Retirado de

14 O drive de controle dos motores de passo serve para enviar a seqüência correta de acionamento para suas bobinas. Servomotores São máquinas (motores DC ou AC) síncronas, que apresentam sua saída em função de determinadas características impostas pelo controle de entrada, que apresentam excelente capacidade de posicionamento e altos conjugados. Seu drive funciona em sistema de malha fechada, monitorando o posição atual do eixo, independente de sua posição. O deslocamento de seu eixo é proporcional ao sinal de controle enviado pelo circuito de controle ao seu drive. Esse sinal de posicionamento é o sinal de erro entre o sinal enviado pelo controle e o sinal vindo dos sensores de posição que indicam onde se encontra o eixo do motor. Esse tipo de motor consegue manter a precisão em seu deslocamento, mesmo com grandes cargas acopladas ao seu eixo. Podemos citar como configurações dos servomotores DC: Servomotor com Controle de Campo: Nesse tipo de servomotor, a alimentação da armadura (rotor) do motor é mantida constante e o sinal de erro é utilizado para alimentar o campo. Quando não existe sinal de erro, o torque que esse motor apresenta é nulo, visto que não existe alimentação em seu campo. Quando o sinal de erro é aplicado no enrolamento de campo, esse faz com que o rotor do motor se desloque de forma proporcional a esse sinal. Esse tipo de controle não é muito utilizado em função das grandes correntes que devem ser aplicadas no campo quando esse é energizado devido a grande indutância dos enrolamentos de campo e também do baixo tempo de resposta que esse sistema apresenta em sistemas dinâmicos. Servomotor com Controle de Armadura: Nesse tipo de controle, a alimentação do campo é mantida constante e a alimentação da armadura é ligada ao sinal de erro. Essa configuração é a mais utilizada em função de qualquer vária no sinal de erro faz com que o eixo do motor seja reposicionado e o torque na ponta do eixo é mais constante nesse tipo de controle. Se a polaridade do sinal de erro é invertida, o rotor roda para o outro sentido. Servomotor de Campo Permanente com Controle na Armadura: Esse tipo de motor apresenta o campo constante através de um imã permanente no lugar de uma fonte constante alimenta um enrolamento.

15 São empregados em pequenos motores que apresentam baixas rotações. O sinal é aplicado na armadura do motor. Servomotores DC de Excitação Independente Retirado de: Máquinas Elétricas Professor Fernando Luiz Mussoi Motores Com Campo Dividido: Nesse tipo de servo motor, é mantida constante a alimentação do campo ou da armadura, e o outro enrolamento é alimentado por um sinal de erro que é ligado em outros dois enrolamentos, um auxiliar e outro principal, o campo que é aplicado na armadura/rotor é a diferença entre os campos gerados nos enrolamentos principal e secundário. Essa configuração é utilizada em grandes motores, pois, por manter os campos sempre ativos, uma menor corrente é demanda do controle. Esse tipo de controle é ainda mais sensível a variações no sinal de erro, contudo apresenta uma baixa regulação de velocidade. Servomotores DC Série com Campo Dividido Retirado de: Máquinas Elétricas Professor Fernando Luiz Mussoi Servodrives Servodrives são dispositivos que enviam os sinais para realizar o acionamento do servomotor. Esses dispositivos recebem os sinais quanto a posição do eixo, velocidade de rotação e o sinal de controle. Todos esses sinais são somados utilizando amplificadores de instrumentação, por exemplo, para gerar um sinal de erro, esse sinal de erro é ampliado e transmitido para o servomotor de forma que ele se desloque ou aumente sua velocidade de rotação para reduzir o sinal de erro. Os amplificadores de instrumentação utilizados podem ter seus ganhos proporcionais regulados para determinar a amplitude da ampliação do sinal e seus ganhos derivativos podem ser

16 ajustados para atuar na velocidade com que esse sinal vai ser corrigido. Devese manter o ganho do bloco proporcional controlado, para que o sistema não entre em oscilação e não venha a se estabilizar. Servomotores Hidráulicos Os servomotores hidráulicos são utilizados onde um torque superior ao dos servomotores normais é demandado. Seu utilização apresenta, de forma geral, dois problemas básicos: Quando o servomotor é desenergizado, a inércia do fluído em seu interior faz com que o servo continue a rodar por alguns instantes, o que, em algumas situações, pode fazer com que o servo venha a colidir com alguma outra parte do dispositivo; Com o aumento da temperatura do fluído em função da velocidade de deslocamento do mesmo, faz com que sua viscosidade seja alterada, o que pode comprometer o funcionamento do servomotor. Unidade de Processamento: O que é um PLC? Controlador lógico programável, também chamado PLC ou controlador programável, é um dispositivo de computador que controla equipamentos em oficinas industriais. A quantidade de equipamentos que os PLCs podem controlar são tão variados quanto as instalações industriais deles. Sistemas de transportador, linhas de máquinas de processamento de alimentos, máquinas CN e até mesmo um sistema de elevadores prediais, provavelmente haverá um PLC para controlar estas coisas. Em um sistema de controle industrial tradicional, todos os dispositivos de controle são enviados eletrônica e diretamente de um para outro de acordo com como é suposto que o sistema opera. Em um sistema de PLC, porém, o PLC substitui a instalação elétrica entre os dispositivos. Assim, em vez de ser telegrafado diretamente de um para outro, todo o equipamento é telegrafado ao PLC. Então, o programa de controle dentro do PLC provê a "conexão de instalação elétrica" entre os dispositivos. O programa de controle é o programa de computação armazenado na memória do PLC que conta ao PLC o que supostamente está entrando no sistema. O uso de um PLC para prover as conexões de instalações elétricas entre dispositivos de sistemas é chamado "softwiring".

17 Por que usar um PLC? A vantagem de "softwiring" provida por controladores programáveis é tremenda. Na realidade, é um das características mais importantes dos PLCs. "Softwiring" faz mudanças no sistema de controle fácil e barato. Se você quer que um dispositivo em um sistema de PLC se comporte diferentemente ou controle um elemento de processo diferente, tudo que você tem que fazer é a mudança do programa de controle. Em um sistema tradicional, para fazer este tipo de mudança envolveria mudar a instalação elétrica fisicamente entre os dispositivos, isto seria caro e demorado. Além da flexibilidade de programação mencionamos apenas nestes equipamentos, PLCs oferecem outras vantagens sobre os sistemas de controle tradicionais. Estas vantagens incluem: - Alta confiança - Pequenas exigências de espaços - Capacidade para computar - Custos reduzidos - Resistência a ambientes severos - Capacidade para expansão

18 Mas o que é exatamente um PLC? Um PLC consiste basicamente em dois elementos: - A unidade de processo central - O sistema de input/output A Unidade de Processo Central A unidade de processo central (CPU) é à parte de um controlador programável que recebe, decodifica, reserva, e processa informação. Também executa o programa de controle armazenado na memória do PLC. Em essência, a CPU é o "cérebro" de um controlador programável. Funciona do mesmo modo que a CPU de um computador normal, a não ser que usa instruções especiais codificadas para executar suas funções. O CPU basicamente tem três partes: - O processador - O sistema de memória - A provisão de força O processador é a seção do CPU que codifica, decodifica, e computa dados. O sistema de memória é a seção do CPU que armazena o programa de controle e dados do equipamento conectado ao PLC. A provisão de força é a seção que proporciona ao PLC a tensão e a corrente que isto precisa para operar. O Sistema de Input/Output O sistema input/output (I/O) é a seção de um PLC para o qual todos os dispositivos estão conectados. Se a CPU pode ser considerado como o cérebro de um PLC, então o sistema de I/O pode ser considerado de como os braços e as pernas. O sistema de I/O é o que real e fisicamente leva a cabo os comandos de controle do programa armazenado na memória do PLC. O sistema de I/O consiste em duas partes principais: - A prateleira - E os módulos de I/O A prateleira é um documento anexo com aberturas onde isso é conectado ao CPU. Módulos de I/O são dispositivos com terminais de conexão para os quais os dispositivos internos são telegrafados. Junto a prateleira e os módulos de I/ O formam a interface entre os dispositivos de campo e o PLC. Quando

19 montado corretamente, cada módulo de I/O são ambos telegrafados a seus dispositivos de campo correspondentes e instalados em uma abertura na prateleira. Isto cria a conexão física entre o equipamento de campo e o PLC. Em alguns PLCs pequenos, a prateleira e os módulos de I/O são preempacotados como uma única unidade. Todos os dispositivos de campo conectados a um PLC podem ser classificados em um de duas categorias: - Entrada. - Saída. De entrada são os dispositivos que provêem um sinal/dados a um PLC. Exemplos típicos de entradas são botões de apertar, interruptores, etc. Basicamente, um dispositivo de entrada diz ao PLC, "Hei, algo está acontecendo fora daqui você precisa conferir isto, veja como afeta o programa de controle". De saídas são os dispositivos que esperam um sinal/dados do PLC para executar as funções de controle deles. Luzes, sinalizadores, motores, e válvulas são todos bons exemplos de dispositivos de saída. Estes dispositivos até então só estavam prestando atenção ao próprio funcionamento deles, até que o PLC diz, "Você precisa virar agora" ou "Seria melhor abrir um pouco mais sua válvula", etc. Há dois tipos básicos de dispositivos de entrada e de saída: - Discretos - Analógico Dispositivos discretos são entradas e saídas de dados que têm apenas dois estados: de tempo em tempo. Como resultado, eles enviam e recebem sinais simples para/de um PLC. Estes sinais consistem em só Uns ou Zeros. Os "uns" solicitam ligar algum dispositivo é os "zeros" mandam desligar os dispositivos. Dispositivos analógicos são entradas e saídas que podem ter um número infinito de estados. Estes dispositivos não só podem ser de tempo em tempo, mas eles também podem identificar algo para diminuir de intensidade ou aumentar, etc. Este envia/recebe de dispositivos complexos sinaliza para/de um PLC. As comunicações deles consistem em uma variedade de sinais, não apenas "uns ou zeros". Porque dispositivos de entradas e de saídas enviam tipos diferentes de sinais, eles às vezes têm tempo escasso para se comunicar com o PLC.

20 Mesmo os PLCs sendo dispositivos poderosos, eles as vezes não podem falar o " idioma " de todos dispositivos conectados a eles. Isso é o motivo porque os módulos de I/O, o qual falamos precisam estar ativos mais cedo. Os módulos agem como " tradutores " entre os dispositivos de campo e o PLC. Eles asseguram que o PLC e os dispositivos de campo adquiram as informações das que eles precisam em um idioma que eles podem entender. Nós falamos pouco sobre o programa de controle. O programa de controle é um programa de software na memória do PLC. É o que põe o controle em um controlador programável. O usuário ou o desenhista de sistema normalmente é quem desenvolve o programa de controle. O programa de controle é composto das chamadas instruções. Instruções são, em essência, pequenos códigos de computador que fazem as entradas e saídas de dados atuarem como se deseja, ou seja, os dados entrarão de certa maneira e sairão de outra. Há todos os tipos diferentes de instruções e eles podem agir para que um PLC faça quase qualquer coisa (somar e subtrair dados, temporizar eventos, comparar informação, etc.). Tudo você tem que fazer é programar as instruções na ordem correta e ter certeza que eles estão contatando os dispositivos certos de modo adequado, e você terá um sistema PLC controlado. Lembre-se, alterar um sistema pode ser em um estalo. Se você quiser que o sistema atue diferentemente, apenas basta mudar as instruções no programa de controle. PLCs diferentes oferecem tipos diferentes de instruções. Isso é parte do motivo que faz cada tipo de PLC diferente. Porém, todos o PLCs usam dois tipos básicos de instruções: - Contatos - Rolagem Contatos são instruções que recorrem às condições de entrada do programa que é controlado, da informação provida dos dispositivos de campo de saída. Cada contato monitora um programa de controle de um certo dispositivo de campo. O contato espera pela entrada de informação para fazer algo em particular (por exemplo, ligue, desligue, etc. No entanto isto tudo dependem do tipo de contato). Então, o contato conta ao programa de controle do PLC, "O dispositivo de saída acaba de fazer o que era suposto fazer. Seria melhor se você verificasse para ver se esta de acordo e se isto afeta quaisquer dos dispositivos de entrada". Rolagem são instruções que recorrem às saídas de dados do programa de controle que é o que é suposto que cada dispositivo de saída particular faça no sistema. Como um contato, cada rolo monitora também um certo dispositivo de campo. Porém, cada contato distinto, monitora o dispositivo de campo e então diz ao PLC o que fazer, um rolo monitora o PLC controlando o programa e então diz

21 para o dispositivo de campo o que fazer. Dizendo ao dispositivo de saída, "Hei, o PLC acaba de me falar que o interruptor ligou. Isso significa como é suposto que você ligue agora. Assim vamos "! Para o PLC, este processo de três passos para monitorar as entradas de dados, em que o PLC controla o programa mudando o estado dos dispositivos, são chamada de saídas adequadas e esquadrejada. Como o PLC mantém diretamente tudo isso? O sistema de memória de um PLC é muito complexo, permitindo não só armazenar informação sobre o programa de controle, mas sobre o estado de todas as entradas e saídas de dados de modo adequado. Para manter a rastreabilidade de toda essa informação, usa um sistema chamado de diretor. Um endereço é um rótulo ou número que indicam onde uma certa parte da informação fica situado na memória de um PLC. Tal qual seu endereço residencial conta onde você vive em sua cidade, um dispositivo ou parte do endereço de dados conta onde a informação sobre isto reside na memória do PLC. Deste modo, se um PLC quiser descobrir informação sobre um dispositivo de campo, saberá olhar em seu local de endereço correspondente. Alguns endereços contêm informação sobre o estado dos dispositivos de campo particulares. Outros dados são armazenados nos endereços resultados de computações de programa de controle. Ainda outros contêm dados de referência introduzidos pelo programador de sistema. No entanto, não importa que tipo de dados seja, um PLC usa seu esquema dirigido para manter a rastreabilidade de tudo. Deste modo, terá os dados certos quando precisar. Resumindo tudo PLCs podem parecer um pouco complicado no princípio, mas nada para se apavorar. Apenas lembre-se que todos o PLCs seguem as regras básicas de operação que discutimos acima. Todos o PLCs têm uma CPU e um sistema de "input/output". Todos eles usam um programa para controlar instruções e dirigir equipamentos pelo sistema de controle para que façam o que se deseja que eles façam com intensidade e tempo adequados. E não importa quantos sinos e apitos você acrescente a isto, todos PLCs fazem as mesmas três coisas: (1) Examina seus dispositivos de entrada de dados, (2) Executa seu programa de controle, e (3) Atualiza seus dispositivos de saída de dados adequadamente. Assim na realidade, a compreensão dos PLCs é tão simples quanto 1-2-3

22 Sensores Sensores ópticos São componentes eletrônicos que detectam qualquer material sem que haja contato mecânico entre eles. Esse tipo de sensor possui três blocos principais: o oscilador, o emissor e o receptor. O princípio de funcionamento consiste num sinal luminoso que é gerado pelo emissor e recebido pelo receptor. Para que não haja interferências causadas por outras fontes de iluminação o receptor só entende como sinal o feixe de luz com determinada freqüência que é gerada pelo oscilador. O oscilador modula um sinal elétrico e envia ao emissor, o emissor emite a luz com a freqüência do sinal recebido, o emissor recebe esses pulsos de luz e interpreta como sinal. Sensor óptico por retroreflexão Nesse tipo de sensor o emissor e o receptor são montados no mesmo corpo. O receptor percebe o feixe de luz através de um refletor disposto em frente ao sensor. A detecção é feita quando algum objeto passa entre o sensor e o refletor desviando o feixe de luz, o receptor não capta o sinal e acusa o objeto. O acionamento do sensor depende das características do refletor, a má conservação do mesmo pode prejudicar sua performance. Sensor óptico por retroreflexão

23 Sensor óptico por transmissão Esse sensor forma uma barreira de luz para detectar o objeto, receptor e emissor são alinhados frente a frente e o objeto passa entre eles. Sensor óptico por transmissão Sensor óptico por reflexão difusa Montado no mesmo dispositivo, assim como o sensor por retoreflexão, porém não necessita de um refletor fixo. O objeto a ser detectado faz o papel do refletor mandando o sinal do emissor para o receptor de forma difusa. Sensor óptico por reflexão difusa

24 Cabos de fibra óptica Os cabos de fibra óptica são de grande utilidade em conjunto com sensores ópticos pois facilita o uso em lugares restritos de difícil alcance e pouco espaço. Esses cabos são compostos de vidro e plástico e têm a capacidade de conduzir os raios de luz por meio deles. A luz que entra numa ponta é refletida em todo o corpo da fibra até chegar à outra ponta. Assim é possível fazer com que luz gerada pelo transmissor seja transportada através do cabo e chegue ao emissor da mesma forma. Uso do cabo de fibra óptica em conjunto com sensores ópticos Fins de curso Os sensores fim de curso são chaves que possuem contatos mecânicos e uma saliência para sua ativação. Quando algo atinge essa saliência um tipo de alavanca aciona o contato do fim de curso. Esse tipo de sensor é muito utilizado como sensor de posição. Em máquinas cnc há fins de curso espalhados em cada eixo que servem como referência para, por exemplo, se chegar a machine home ou delimitar o avanço de cada eixo.

25 Tacômetros Os tacômetros usam o princípio de um motor de corrente contínua para medir a rotação. Existem diversos tipos de tacômetro, os eletrônicos são muito utilizados. Através de um magneto que gira no interior de uma bobina é possível medir a tensão em seus terminais que exprime uma relação entre a rotação do eixo. Relés Os relés são chaves acionadas eletronicamente. Funcionam através de uma bobina que recebe uma corrente elétrica, essa corrente gera um campo magnético que atrai o contato. Através de uma pequena tensão é possível acionar cargas de tensões elevadas que vão depender do quanto seus contatos suportam. No cnc os relés são muito utilizados para o acionamento dos motores. O sinal que ativa o relé pode vir dos sensores espalhados pela máquina. Relé aberto

26 Disjuntores O disjuntor é um importante mecanismo de segurança em máquinas. Assim como em nossas casas ele nos previne de incêndios causados por uma sobrecorrente no sistema. Funciona como um fusível, porém tem a capacidade de ser rearmado quando o problema estiver resolvido. Consiste em um simples interruptor, conectado a uma lâmina bimetálica ou a um eletroímã. O fio fase no circuito conecta-se às duas extremidades do interruptor. Quando o interruptor é ligado, a eletricidade pode fluir do terminal inferior através de um eletromagneto, subindo até um contato móvel, depois, através de um contato fixo e saindo pelo terminal superior. O aumento da corrente ativa a força magnética do eletromagneto, e a diminuição da corrente a reduz. Quando a corrente salta a níveis de risco, o eletromagneto baixa uma alavanca metálica conectada ao mecanismo do interruptor; este desloca-se, separando o contato móvel do contato fixo e quebrando o circuito. A eletricidade, então, é desligada. Uma configuração com lâmina bimetálica funciona com o mesmo princípio, exceto pelo fato de que, ao invés de energizar um eletromagneto, uma corrente alta entorta uma fina lâmina para mover o mecanismo. Alguns disjuntores usam uma carga explosiva para desligar o interruptor. Quando a corrente se eleva a um certo nível, ela detona o material explosivo, que aciona um pistão para abrir o interruptor.

27 Bibliografia: _maquina_%20de_%20inducao.pdf BR&q=acionamento+de+motores+em+corrente+continua&meta= Máquinas Elétricas Teoria e Ensaios Geraldo Carvalho Editora Érica Apostila de Eletrônica de Potência Professor Sérgio Luiz Volpiano Máquinas Elétricas Professor Fernando Luiz Mussoi Anotações feitas em sala de aula durante aula de Instrumentação e Controle Professor Jorge Sarapka FATEC São Bernardo Anotações feitas em sala de aula durante aula de Eletrônica de Potência Professor Volpiano FATEC São Bernardo Anotações feitas em sala de aula durante aula de Eletrônica de Potência 3 Professor Volpiano Faculdade SENAI de Mecatrônica Industrial Anotações feitas em sala de aula durante aula de Máquinas Elétricas Professor Cláudio FATEC São Bernardo Anotações feitas em sala de aula durante aula de Física Aplicada 2 Professora Rebeca Faculdade SENAI de Mecatrônica Industrial