Os clientes exigem manutenção reduzida, equipamentos menores, maior produtividade e configuração mais rápida das máquinas. Para atender a essas exigências, os fabricantes de equipamentos estão optando por movimentos servocontrolados em vez de componentes mecânicos.

O controle de movimento define as capacidades e limitações de uma máquina. Portanto, para maximizar sua produtividade e flexibilidade, e para reduzir a manutenção, muitas vezes é necessário atualizar a forma como o movimento é controlado dentro dessa máquina. A maioria das razões para a conversão de projetos e dispositivos de controle tradicionais para o controle servo visa obter um ou mais dos seguintes benefícios:

• Aumentar a produtividade. Os servomotores produzem altas taxas de aceleração e velocidades.
• Aumentar a precisão. Os servomotores podem oferecer a alta precisão necessária para processar uma peça em movimento rápido.
• Aumentar a flexibilidade. Os servomotores oferecem versões eletrônicas de componentes tradicionalmente mecânicos. Por exemplo, os perfis de came eletrônicos podem ser alterados quase instantaneamente. Os perfis de movimento programáveis ​​podem se ajustar a diferentes tamanhos e configurações do produto. As relações de engrenagem eletrônicas podem ser alteradas para se adequarem a diferentes velocidades da máquina. Além disso, com engrenagens eletrônicas, os motores podem ser posicionados em qualquer lugar conveniente para a aplicação, pois eliminam a necessidade de eixos longos, engrenagens e correias.

Além disso, um único "eixo de transmissão" elétrico pode ser conectado a um número praticamente ilimitado de eixos. Para máquinas com múltiplas configurações, isso significa que eixos de movimento adicionais não exigem ligações mecânicas adicionais.

Os servos também aumentam a flexibilidade devido à maior quantidade de informações disponíveis. Por exemplo, muitos controladores de servo armazenam um histórico de falhas e condições de erro que auxiliam na solução de problemas. A maioria dos sistemas de servo também pode exibir diagramas no estilo de um osciloscópio para análise de desempenho. • Redução da manutenção. Os servos ajudam a reduzir o número de peças mecânicas em uma máquina. Engrenagens eletrônicas substituem correias. Cames eletrônicas não são afetadas pelo desgaste. Chaves de fim de curso eletrônicas não precisam de reajustes ou substituições ocasionais.

Os servos exigem um certo nível de estudo e experiência. Se você é iniciante no controle de servos, espere gastar algum tempo selecionando e aplicando seu primeiro sistema. (Uma observação sobre a terminologia de servos: a palavra controlador tem vários usos. O sistema oumovimentoO controlador normalmente executa o programa que controla o movimento; omotorO controlador controla ummotorPara evitar confusão, nos referiremos aos controladores de motor como drives.

Dimensionamento e seleção de aplicativos

Selecionar e dimensionar componentes servo pode parecer complexo devido à quantidade de peças: motores, inversores, controladores e a possibilidade de um PC industrial ou um CLP. Se você tem formação em mecânica, isso pode ser intimidante. Felizmente, empresas — fornecedores de componentes e integradores de sistemas de controle — agrupam esses componentes e oferecem suporte para a aplicação. Seja fazendo você mesmo ou comprando um pacote, o processo básico é:

Primeiro, selecione o motor.Comece a seleção do motor escolhendo o formato. Motores com alta relação de aspecto (longos com diâmetro pequeno) são os mais comuns. Podem ser quadrados ou redondos e oferecem excelente custo-benefício e desempenho. Motores de disco (curtos com diâmetro grande) se encaixam em espaços reduzidos e proporcionam alta aceleração devido aos seus rotores de baixa inércia. Ambos os tipos de motor estão disponíveis em versões seladas e não seladas.

Os motores sem carcaça ou integrais separam o rotor do estator para integração na máquina. Esses motores permitem um design compacto e melhoram a operação de acionamento direto, aumentando a precisão e reduzindo a vibração.

Os motores lineares, que substituem um motor rotativo padrão e os mecanismos de acionamento associados, criam movimento linear diretamente. Eles podem aumentar simultaneamente a produtividade e a precisão em várias vezes.

Dimensionamento do motorO dimensionamento de motores baseia-se principalmente no torque: de pico e contínuo. Dimensionar motores pode ser um desafio e erros podem não ser detectados até o final do ciclo de desenvolvimento. Como pode ser difícil aumentar o tamanho do motor nesse ponto, é prudente incluir uma margem de segurança nos cálculos. Se você é novo nesse processo, provavelmente deve consultar os engenheiros de aplicação das empresas fabricantes de motores.

Selecione o feedbackOs dispositivos de feedback mais comuns são os encoders e os resolvers. Os encoders são dispositivos ópticos que produzem um trem de pulsos. A quantidade de pulsos é proporcional ao deslocamento angular. Eles oferecem alta precisão, especialmente em altas resoluções. Os resolvers são dispositivos eletromecânicos que detectam a posição absoluta dentro de uma revolução do motor e são conhecidos por sua robustez. Escolha o que melhor se adapta à sua aplicação.

Após selecionar o tipo de sensor de feedback, você precisa escolher sua resolução. Geralmente, um encoder de 1.000 linhas ou, equivalentemente, um resolver de 12 bits, oferece resolução suficiente. Ambos produzem cerca de 4.000 posições diferentes por revolução, o que equivale a uma resolução de aproximadamente 0,1 grau. No entanto, se sua aplicação exigir uma resolução maior, você deve selecionar o sensor adequadamente. Uma palavra de cautela: diferencie resolução de precisão. Muitos servos oferecem resolução selecionável para o feedback do resolver; entretanto, a precisão (geralmente entre 10 e 40 minutos de arco) pode não ser afetada.

Selecione a unidadeConsidere se você deseja uma fonte de alimentação modular (separada) ou integrada à unidade. Com três ou mais unidades da mesma família próximas umas das outras, as fontes de alimentação modulares funcionam bem. Com um eixo, as fontes de alimentação integradas geralmente se encaixam melhor. Com dois eixos, ambas as soluções são praticamente equivalentes.

Se você planeja instalar o disco rígido em um gabinete, lembre-se de que os tamanhos dos discos variam consideravelmente e podem afetar o tamanho total do equipamento. Dependendo do tamanho do gabinete, você também precisará analisar diferentes opções de refrigeração.

Comutação seno versus seis etapas

A forma de onda da potência do inversor para o motor geralmente se apresenta de duas maneiras para servomotores brushless: em seis etapas e senoidal. Na onda senoidal, a corrente gerada pelo inversor se aproxima de uma onda senoidal. Isso resulta em um torque mais suave e menor aquecimento. O método de seis etapas gera uma onda quadrada de seis segmentos utilizando circuitos eletrônicos simples. Embora tenha um custo menor, o método de seis etapas apresenta um funcionamento irregular em baixas velocidades.

Flexibilidade de ajusteO ajuste, processo de seleção dos ganhos nos circuitos de realimentação, é essencial para alto desempenho e para manter a operação estável. No passado, o ajuste era mais arte do que ciência. Hoje, os servoacionadores modernos oferecem diversas ferramentas para auxiliar os projetistas de máquinas. O autoajuste (ou autotuning), processo no qual o acionador excita o sistema mecânico e gera um conjunto de ganhos de malha, é quase um padrão. A maioria dos acionadores é configurada com ganhos digitais, dispensando o uso de ferro de solda ou um potenciômetro trimmer (pequena chave de fenda). Os métodos mais complexos podem ser necessários apenas ocasionalmente, mas tê-los à disposição oferece mais opções.

Os circuitos de acionamento analógico podem ser mais baratos, mas talvez seja necessário ajustar os circuitos regulando potenciômetros ou trocando componentes passivos. Seja qual for a sua escolha, o ajuste fino faz parte do processo de aprendizagem e requer estudo e experimentação.

Comunicação por impulsoMuitos inversores de frequência utilizam um sinal analógico para transmitir os comandos de velocidade e torque. No entanto, a comunicação digital está ganhando popularidade, pois reduz a fiação e aumenta a flexibilidade do sistema. Muitos inversores são compatíveis com redes como DeviceNet, Profibus e uma nova rede especialmente desenvolvida para controle de movimento, chamada Sercos.

TensãoEsteja ciente de que a alimentação de 110 Vca pode ser difícil de encontrar no chão de fábrica. Na Europa, 460 Vca é comum; o uso de inversores de 230 Vca pode exigir um transformador em máquinas para uso no exterior. Infelizmente, inversores de 460 Vca podem ser caros. Uma alternativa é a fonte de alimentação universal, que utiliza semicondutores de potência para converter os níveis de tensão. Para sistemas com fontes de alimentação modulares, uma única fonte de alimentação universal pode usar qualquer tensão de 230 a 480 Vca para alimentar vários eixos de 230 Vca.

Um último ponto a considerar: ao utilizar apenas um pequeno número de famílias de acionamentos em uma máquina, você simplifica a lista de peças de reposição.

Selecione o controlador

Ao selecionar o controlador, escolha entre um controlador de eixo único ou de múltiplos eixos. Os controladores de eixo único combinam um controlador de movimento, um acionador e, frequentemente, uma fonte de alimentação, tudo integrado em um único componente. Em sistemas de um ou dois eixos, esses controladores podem reduzir custos, tamanho, fiação e complexidade do sistema.

Controladores multieixos geralmente são mais adequados para sistemas mais complexos. Primeiro, eles costumam reduzir custos, especialmente à medida que o número de eixos aumenta. Segundo, reduzem a complexidade do sistema, pois um único programa pode controlar todo o movimento. Esses controladores de movimento também oferecem maior flexibilidade na sincronização, já que geralmente permitem que qualquer eixo se conecte a qualquer outro, e essa conexão pode ser modificada durante a execução do programa.

Após selecionar o controlador, você precisará escolher entre uma configuração "em caixa" ou "em placa". Um controlador em caixa é um controlador encapsulado capaz de operar de forma independente. Controladores em placa são conectados a computadores industriais. Se você já possui um computador industrial na máquina, uma placa compatível pode reduzir custos e melhorar a integração entre o controle e a máquina. Caso não pretenda utilizar um computador industrial, o controlador em caixa geralmente é mais fácil de adicionar.

Avalie o conjunto de recursos

Por fim, avalie os recursos do controlador. Considere as funções discutidas até agora: engrenagens, cames, registro de alta velocidade e chaves de fim de curso programáveis. A maioria dos controladores oferece esses recursos de alguma forma, mas as especificidades devem ser comparadas com as necessidades da sua aplicação. Você precisa alterar as relações de engrenagem durante a operação? Precisa modificar os perfis das cames em tempo real? Qual a precisão de registro necessária? Precisa alterar a velocidade ou a posição alvo durante a operação? O controlador suporta eixos suficientes para esta aplicação? Ele será compatível com versões futuras da sua máquina?

Lidar com os custos

O custo dos componentes servo geralmente é superior ao dos componentes mecânicos que substituem. No entanto, alguns fatores importantes atenuam esse custo mais elevado. Por exemplo, a eliminação de dispositivos mecânicos complexos pode reduzir o custo total e o tamanho da máquina, o que pode aumentar o valor do sistema. O controlador servo frequentemente substitui um CLP (Controlador Lógico Programável); nesse caso, todo o custo da conversão para servos pode ser compensado. A maior flexibilidade pode reduzir o número de modelos de máquinas ou processos necessários para produzir uma linha de máquinas, reduzindo assim os custos de fabricação.

Considerações gerais

Além das funções de movimento, há outras questões a serem consideradas. A linguagem é capaz de suportar seus processos? Ela é tão complexa que exigirá um tempo excessivo de aprendizado? O produto suporta multitarefa? Uma técnica que permite escrever programas diferentes para processos diferentes, a multitarefa simplifica a programação de máquinas complexas.

Todas essas perguntas podem ser difíceis de responder, especialmente se você for iniciante em controle eletrônico de movimento. A maioria das empresas que oferecem controladores presta um bom suporte. Durante o processo de seleção, faça muitas perguntas. Isso não só ajuda a avaliar o produto, como também o suporte oferecido. Por fim, considere o futuro das atividades de desenvolvimento da sua empresa. Escolha fornecedores que possam fornecer produtos e suporte agora e nos próximos anos.