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DPT - SEW EURODRIVE PORTUGAL - 2001
Armazém Automático
Quartas-feiras com a Indústria - Dep. Engª Mecânica
17 Out. 2001
1
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
Armazém Automático - Índice
Programação dos conversores
- IPOS: estrutura do programa
- Linguagens possíveis
- Vantagens e funcionalidades
3
GRUPO SEW
ANO DE FUNDAÇÃO : 1931
ORIGEM : ALEMANHA
N.º DE EMPREGADOS : 7 500
FÁBRICAS : ALEMANHA
FRANÇA
FINLÂNDIA
BRASIL
USA
CHINA
3
2
1
1
1
1
ESTABELECIMENTOS DE MONTAGEM:
45
VOLUME DE NEGÓCIOS :
967 MILHÕES DE EUROS POR ANO
4
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
·Prazos de entrega curtos e
cumprimento dos mesmos
·Adaptação óptima dos accionamentos
Estabelecimentos de Montagem aos requisitos específicos de cada
aplicação
Fábricas de Produção de
·Completa gama de serviços concebida
Componentes
para a satisfação das necessidades dos
mercados locais
5
• 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 :7 500 000
euros
• Capacidade de produção: 2 linhas de
montagem - 16 000 motoredutores /
ano
6
Os clientes não precisam de produtos, precisam de
soluções
soluções
SEW
Electrónica
Moto-redutores
Serviços
• 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
O Sistema modular da SEW EURODRIVE
Redutores
planetários de
folga reduzida
Redutores
em linha
DY servo motor
síncrono
Redutores de
veios
paralelos
CT /CV servo
motor assíncrono
Redutores de
engrenagens
cónicas
Redutores de roda
Redutores
coroa e parafuso
®
SPIROPLAN
sem fim
DT / DV motor
assíncrono
Redutores
helicoplanetários
helicoidais
Redutores
planetários
cónicos
Motor CC
VARIBLOC®
variadores
mecânicos de
velocidade
Servo
controlador
MOVIDYN®
Controlador
Vectorial
MOVIDRIVE®
Conversor de
frequência
MOVITRAC®
Motor com
conversor
MOVIMOT®
VARIMOT®
Variadores
mecânicos de
velocidade
8
O Serviço mais importante que o Produto
Serviço de Emergência
24/24h
Serviço de Sobressalentes
Serviço de Mudança
de Óleo
Serviço de Manutenção Móvel
Manutenção
Remota
Serviços de Engenharia em todas as
fases do projecto
Reparações
Formação de Clientes
9
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
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
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=314.16. Assim, a velocidade de rotação à frequência de
50Hz é de 3000 rpm) .
12
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
1
MOVIMENTO DO ROTOR
2
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
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
Princípio de funcionamento
16
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
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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
Armazém Automático - Vantagens
Automatização do transporte:

Diminuição da área ocupada:
i
Distância entre estantes pouco superior à largura do
suporte.
i

Possibilidade de atingir alturas da ordem dos 25/30m
Redução de mão-de-obra directa
i

Processo realizado por máquinas não conduzidas
Redução dos danos nos materiais armazenados
i

Movimentação mais precisa – reduz acidentes
Possibilidade de ligação directa a entidades em ambas as
extremidades do A. A.
i
Camiões, máquinas, vagões, postos de trabalho, etc
19
Gestão informatizada:

Controlo permanente de inventário
i

Redução de erros de preparação
i

Saber o que existe, onde, quando saiu, para onde
O sistema apresenta sempre o produto correcto
Simplicidade das operações de verificação
i
Inventário feito com apoio do computador
20
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
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Armazém Automático - Selecção do
equipamento
Integração dos conversores de frequência na rede de automação
Alimentação
Quadro eléctrico
Controlo
PLC ou PC-i
Conversores de frequência
Há um sistema de controlo e comando de nível superior: PLC ou PC-i
Moto-redutores
i 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
i Os conversores de frequência:
- controlam o movimento
- controlam a posição
- analisam os sinais dos encoders
22
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
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
equipamento
CARACTERISTICA DO MOTOR CA CONTROLADO
POR VARIADOR DE VELOCIDADE - Fbase=50Hz
A TENSÃO APLICADA AO MOTOR
AUMENTA ATÉ À FREQUÊNCA
fbase, ALTURA EM QUE ATINGE O
SEU VALOR NOMINAL. PARA
FREQUÊNCIAS SUPERIORES, A
TENSÃO APLICADA É SEMPRE VN.
Frequência
[Hz]
ABAIXO DA FREQUÊNCA fbase:
BINÁRIO CONSTANTE
POTÊNCIA CRESCENTE
ACIMA DA FREQUÊNCA fbase:
BINÁRIO DECRESCENTE
9550× P
POTÊNCIA CONSTANTE
M=
n
Frequência [Hz]
25
equipamento
CURVAS DE BINÁRIO PARA MOTORES DE 4 PÓLOS
Tensão do motor:
230/400V 50Hz
Ligação em estrela
MN - Binário nominal do motor
PN - Potência nominal do motor
Curva
Tipo de serviço
Ventilação do motor
Auto-ventilado
Variador de velocidade
Forçada
1
2
3
4
S1 ED=100%
S3 ED=25%
S1 ED=100%
X
X
S3 ED=10% para ta ≤ 60s
X
Corrente dinâmica I max. = 150%I N
5
X
I max. = 150%I N variador de velocidade
X
Potência do variador igual à
potência do motor
Optimização do controlo e parâmetros
26
equipamento
Tipo de Controlo: CFC
1 Auto-ventilado
2 Com ventilação forçada
3 Binário máximo
MN- Binário nominal do motor
Mmax e nbase dependem da combinação motor/MDV, em controlo CFC. Os
valores para MN, Mmax e nbase podem ser determinados nas secções 4.5.4 e
4.5.5 do “System Manual”
27
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 √3Pn.
• 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
equipamento
CARACTERISTICA DO MOTOR CA
CONTROLADO POR VARIADOR DE
VELOCIDADE - Fbase = 87HZ
A TENSÃO APLICADA AO MOTOR
AUMENTA ATÉ À FREQUÊNCA
fbase, ALTURA EM QUE ATINGE O
SEU VALOR NOMINAL. SÓ A 87 Hz
É QUE O MOTOR TEM VN
APLICADA.
Frequência [Hz]
ABAIXO DA FREQUÊNCA fbase:
BINÁRIO CONSTANTE
POTÊNCIA CRESCENTE
ACIMA DA FREQUÊNCA fbase:
BINÁRIO DECRESCENTE
POTÊNCIA CONSTANTE
A 87 Hz O MOTOR TEM P=PNx√3
Frequência [Hz]
29
equipamento
Tensão do motor:
230/400V
50Hz
Ligação em triângulo
MN - Binário nominal do motor
PN - Potência nominal do motor
Curva
Tipo de serviço
1
S1 ED=100%
2
3
4
S3 ED=25%
S1 ED=100%
5
Ventilação do motor
Variador de velocidade
Auto-ventilado Forçada
X
Potência do variador igual a 3 a
X
potência do motor
X
Optimização do controlo e parâmetros
X
Corrente dinâmica I max. = 3x150%I N
X
I max. = 3 ×150%I N v. de velocidade
30
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
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
Dispositivos para realimentação - Encoders
Princípio funcional de
encoder incremental óptico
Disco incremental
33
Encoder incremental com sinais TTL/HTL
Sinais de saída
34
Encoders incrementais com sinais TTL/HTL
Nível de sinal
Amplitude
Encoder TTL Encoder HTL
Saída
Ualta
≥ 2,5VDC
≥ UB-3,5VDC
Ubaixa
≤ 0,5VDC
≤ 1,5VDC
TTL: Transistor Transistor Logic
HTL: High Voltage Transitor
Logic
35
Encoder incremental com sinais sin/cos de elevada resolução
Sinais das saídas
Nível de sinais
Amplitude
Saída
encoder
sin/cos
Ualta
2,5Vdc + 0,5V
Ubaixa
2,5Vdc - 0,5V
36
Encoder absoluto com interface SSI
Disco de código em código de Gray
Processamento de sinal no encoder
37
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.
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Diferencial Electrónico para Trajectos em
Curva
Hardware
•
Controlador vectorial MOVIDRIVE
Â tipo MDV60A-xxx
Â tipo MDS60A-xxx
•
Motores
Â CT / CV
Â DY
Â 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
Â DIP11A
encoder absoluto
bus de campo, se necessário
Â DFP, DFI, DFC, DFD
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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
SEGURANÇA ELÉCTRICA E FÍSICA
1 Abraçadeira de fixação da malha
2 Ligação da terra
Protecção contra
contactos na secção
de potência
41
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
LIGAÇÕES DO ENCODER
LIGAÇÕES DAS
BLINDAGENS
43
Ligações Eléctricas - Fusíveis e Cabos
44
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
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 IPOSplus.
•Assembler: Programação em linguagem de baixo nível - Assembler
46
SHELL
47
SCOPE - Início de gravação
48
SCOPE - Visualização de dados
49
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
Comissionamento - Controlo VFC e CFC
MOVIDRIVE - RESPOSTA DINÂMICA
COMPARAÇÃO ENTRE CONTROLO VFC E
CFC
CARACTERÍSTICAS
VFC
• mínimo 150% de Mn desde 0,5Hz sem
realimentação
• mínimo 150% de Mn desde a
velocidade zero com realimentação
Tempo de resposta
Aprox. 8ms
Precisão
Muito boa
Controlo em binário
Não
Controlo de um ou vários Possível controlar um motor isolado ou
motores em simultâneo um grupo de motores
MDF, MDV, MCF, MCV
Modelo de
MOVIDRIVE
disponível
Binário máximo
disponível
CFC
• mínimo 160% de Mn
desde a velocidade
zero
Aprox. 2ms
Excelente
Sim
Possível para um motor
isolado
MDV, MCV
51
Diferencial Electrónico - Partilha da Carga
Funcionamento normal
uQuando a roda dianteira entra na curva
Ð roda traseira tem de abrandar
uQuando a roda traseira entra na curva a
dianteira está em linha recta Ð velocidade
da roda traseira aumenta de um factor de 2
ou mais:
V2 máx
=
1
• L2 − R 2
R
Aumento da velocidade da roda traseir
V1
em que:
Acelerações transversais muito elevada
V2 - velocidade do escravo (roda traseira)
V1 - velocidade do mestre (roda dianteira)
R - raio da curva
Necessidade de ajuste da velocidade da
L - distância entre eixos
roda dianteira
52
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
• 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
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
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
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
IPOSplus - Código Assembler
58
IPOSplus - Código Compilador C
59
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
Discussão final
61