Os clientes exigem redução de manutenção e tamanho dos equipamentos, além de maior produtividade e configuração das máquinas. Para atender a esses requisitos, 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 seu rendimento e flexibilidade, e reduzir a manutenção, muitas vezes é necessário aprimorar a forma como o movimento é controlado dentro dessa máquina. A maioria dos motivos para a conversão de projetos e dispositivos de controle tradicionais para o servocontrole é a obtenção de um ou mais destes benefícios:

• Aumentar a produtividade. Servomotores produzem altas taxas de aceleração e velocidades.
• Aumente a precisão. Os servos podem oferecer a alta precisão necessária para processar uma peça em movimento rápido.
• Aumentar a flexibilidade. Os servos oferecem versões eletrônicas de componentes tradicionalmente mecânicos. Por exemplo, os perfis de cames eletrônicos podem ser alterados quase instantaneamente. Os perfis de movimento programáveis ​​podem se ajustar a diferentes tamanhos e configurações de produtos. As relações de transmissão eletrônicas podem ser alteradas para acomodar diferentes velocidades da máquina. Além disso, com o engrenamento eletrônico, os motores podem ser posicionados em qualquer lugar conveniente para a aplicação, eliminando a necessidade de eixos, engrenagens e correias longos.

Além disso, um "eixo de linha" elétrico pode ser conectado a um número quase ilimitado de eixos. Para máquinas com múltiplas configurações, isso significa que eixos de movimento adicionais não requerem conexões mecânicas adicionais.

Os servos também adicionam flexibilidade devido ao aumento das informações disponíveis. Por exemplo, muitos servocontroladores armazenam um histórico de falhas e condições de erro que auxiliam na solução de problemas. A maioria dos sistemas servo também pode exibir diagramas no estilo osciloscópio para análise de desempenho. • Reduz a manutenção. Os servos ajudam a reduzir o número de peças mecânicas em uma máquina. Engrenagens eletrônicas substituem correias. Os cames eletrônicos não são afetados pelo desgaste. Os interruptores de limite eletrônicos não precisam de reajustes ou substituições ocasionais.

Servos exigem um certo estudo e experiência. Se você é novo no controle de servos, prepare-se para 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; omotorcontrolador controla ummotor. Para reduzir a confusão, nos referiremos aos controladores de motor como drives).

Dimensionamento e seleção de aplicativos

Selecionar e dimensionar componentes de servo pode parecer complexo devido à quantidade de componentes: motores, drives, controlador e a possibilidade de um PC industrial ou um CLP. Se você tem experiência em mecânica, isso pode ser intimidador. Felizmente, as empresas — fornecedores de componentes e integradores de sistemas de controle — empacotam esses componentes juntos e oferecem assistência na aplicação. Seja fazendo você mesmo ou comprando um pacote, o processo básico é:

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

Motores sem estrutura ou integrais separam o rotor e o estator para integração à máquina. Esses motores permitem um design compacto e aprimoram a operação de acionamento direto, aumentando a precisão e reduzindo a vibração.

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 tamanho do motor é baseado principalmente no torque: pico e contínuo. Dimensionar motores pode ser desafiador e erros podem não ser encontrados até o final do ciclo de desenvolvimento. Como o tamanho do motor pode ser difícil de aumentar nesse ponto, é aconselhável incluir margem em seus cálculos. Se você é novo no processo, provavelmente deve confiar nos engenheiros de aplicação das montadoras.

Selecione o feedbackOs dispositivos de feedback mais comuns são encoders e resolvers. Encoders são dispositivos ópticos que produzem uma sequência de pulsos. A contagem de pulsos é proporcional ao curso angular. Eles oferecem alta precisão, especialmente em altas resoluções. Resolvers são dispositivos eletromecânicos que detectam a posição absoluta dentro de uma rotação do motor e são conhecidos por sua robustez. Escolha o que melhor se adapta à sua aplicação.

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

Selecione a unidadeConsidere se você deseja a fonte de alimentação modular (separada) ou integrada a um inversor. Com três ou mais inversores da mesma família próximos, fontes de alimentação modulares funcionam bem. Com um eixo, fontes de alimentação integradas geralmente se adaptam melhor. Com dois eixos, ambas as soluções são praticamente as mesmas.

Se você planeja encapsular o disco, lembre-se de que os tamanhos dos discos variam consideravelmente e podem afetar o tamanho geral do equipamento. Dependendo do tamanho do encapsulamento, você também pode precisar analisar diferentes opções de resfriamento.

Comutação senoidal vs. seis etapas

A forma de onda de potência do acionamento para o motor tende a se apresentar de duas maneiras em servomotores sem escovas: seis etapas e onda senoidal. Na onda senoidal, a forma de onda da corrente produzida pelo acionamento produz uma corrente que se aproxima de uma onda senoidal. Isso produz um torque mais suave e menos aquecimento. O método de seis etapas produz uma onda quadrada de seis segmentos usando componentes eletrônicos simples. Embora de custo mais baixo, o método de seis etapas apresenta operação irregular em baixas velocidades.

Flexibilidade de ajusteO ajuste, o processo de seleção de ganhos em malhas de feedback, é necessário para alto desempenho e para manter uma operação estável. No passado, o ajuste era mais arte do que ciência. Agora, os servoacionamentos modernos oferecem uma série de ferramentas para auxiliar os projetistas de máquinas. O autoajuste (ou self-tuning), o processo em que o acionamento excita o sistema mecânico e gera um conjunto de ganhos em malha, é quase um padrão. A maioria dos acionamentos é configurada com ganhos digitais, então você não precisará de um ferro de solda ou de um aparador de potenciômetro (pequena chave de fenda). Você pode precisar dos métodos mais complexos apenas ocasionalmente, mas tê-los disponíveis oferece mais opções.

Drives analógicos podem ser mais baratos, mas pode ser necessário ajustar os loops ajustando potenciômetros ou trocando componentes passivos. Seja qual for a sua escolha, o ajuste faz parte da curva de aprendizado e requer algum estudo e experimentação.

Impulsione a comunicaçãoMuitos acionamentos utilizam um sinal analógico para fornecer os comandos de velocidade e torque. No entanto, a comunicação digital está ganhando popularidade, pois reduz a fiação de comunicação e aumenta a flexibilidade do sistema. Muitos acionamentos são compatíveis com redes como DeviceNet, Profibus e uma nova rede específica para controle de movimento chamada Sercos.

TensãoEsteja ciente de que a alimentação de 110 VCA pode ser difícil de ser encontrada na fábrica. Na Europa, a alimentação de 460 VCA é popular; 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. Um meio-termo 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 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 usar 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 eixo único ou múltiplos eixos. Controladores de eixo único combinam um controlador de movimento, um inversor e, frequentemente, uma fonte de alimentação integrados em um único pacote. 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, eles reduzem a complexidade do sistema, pois um programa pode controlar todo o movimento. Esses controladores de movimento também oferecem maior flexibilidade na sincronização, pois geralmente permitem que qualquer eixo se conecte a qualquer outro eixo e permitem que você modifique essa conexão durante a execução do programa.

Após selecionar o controlador, você precisará escolher entre uma configuração "caixa" ou "placa". Uma configuração em caixa é um controlador fechado capaz de operar de forma independente. Controladores de placa são conectados a computadores industriais. Se você já possui um computador industrial instalado na máquina, uma placa compatível pode reduzir custos e melhorar a integração do controle com a máquina. Se você não planeja usar 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 interruptores de limite programáveis. A maioria dos controladores oferece esses recursos de alguma forma, mas as especificações devem ser comparadas com as necessidades da sua aplicação. Você precisa alterar as relações de transmissão durante a operação? Você precisa modificar os perfis dos cames em tempo real? Qual a precisão de registro necessária? Você precisa de uma mudança de velocidade ou posição-alvo durante a operação? O controlador suporta eixos suficientes para esta aplicação? Ele será compatível com versões futuras da sua máquina?

Lidando com custos

O custo dos componentes servo é frequentemente superior ao dos componentes mecânicos que eles substituem. No entanto, alguns fatores importantes atenuam esse custo mais alto. 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; nesse caso, o custo total da conversão para servos pode ser compensado. A flexibilidade adicional 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 perguntas a serem feitas. A linguagem é capaz de suportar seus processos? Ela é tão complexa que você precisará gastar muito tempo aprendendo? 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 é novo no controle eletrônico de movimento. A maioria das empresas que oferecem controladores oferece um bom suporte a eles. Durante o processo de seleção, faça muitas perguntas. Isso não só ajuda a avaliar o produto, como também o suporte. Por fim, considere o futuro da atividade de desenvolvimento em sua empresa. Escolha fornecedores que possam fornecer produtos e suporte agora e nos próximos anos.