Os clientes exigem manutenção e tamanho de equipamento reduzidos, além de produtividade e configuração de máquinas mais rápidas. Para atender a esses requisitos, os fabricantes de equipamentos estão optando pelo movimento servocontrolado em vez dos componentes mecânicos.

O controle de movimento define as capacidades e limitações de uma máquina. Portanto, para maximizar seu rendimento 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 controle servo é obter um ou mais destes benefícios:

• Aumentar o rendimento. Os servomotores produzem altas taxas de aceleração e velocidades.
• Aumente a precisão. Servos podem oferecer a alta precisão necessária para processar uma peça de movimento rápido.
• Aumentar a flexibilidade. Servos oferecem versões eletrônicas de componentes tradicionalmente mecânicos. Por exemplo, os perfis de cames eletrônicos podem ser alterados quase instantaneamente. Perfis de movimento programáveis ​​podem se ajustar a diversos tamanhos e configurações de produtos. As relações de “engrenagem” eletrônicas podem mudar para acomodar diferentes velocidades da máquina. Também com engrenagens eletrônicas, os motores podem ser colocados em qualquer lugar que seja conveniente para a aplicação, pois eliminam a necessidade de eixos longos, engrenagens e correias.

Além disso, um “eixo de linha” elétrico pode ser vinculado a um número quase ilimitado de eixos. Para máquinas com múltiplas configurações, isso significa que eixos de movimento adicionais não necessitam de ligações mecânicas adicionais.

Os servos também acrescentam flexibilidade devido ao aumento da informação disponível. Por exemplo, muitos servocontroladores armazenam um histórico de falhas e condições de erro que auxiliam na solução de problemas. A maioria dos servossistemas também pode exibir diagramas no estilo osciloscópio para análise de desempenho. • Reduza a manutenção. Os servos ajudam a reduzir o número de peças mecânicas em uma máquina. Engrenagens eletrônicas substituem correias. As câmeras eletrônicas não são afetadas pelo desgaste. Os interruptores de limite eletrônicos não precisam de reajuste ou substituição ocasional.

Servos requerem um certo estudo e experiência. Se você é novo no controle de servo, espere gastar algum tempo selecionando e aplicando seu primeiro sistema. (Uma nota sobre a terminologia servo: a palavra controlador encontra 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

A seleção e o dimensionamento de componentes servo podem parecer complexos devido ao número de componentes: motores, drives, controlador e a possibilidade de um PC industrial ou PLC. Se sua formação for mecânica, isso pode ser intimidante. Felizmente, as empresas — fornecedores de componentes e integradores de sistemas de controle — agrupam esses componentes e também oferecem assistência na aplicação. Seja fazendo você mesmo ou comprando um pacote, o processo básico é:

Primeiro, selecione o motor. Inicie a seleção do motor escolhendo o formato do motor. Motores com grandes relações de aspecto (longos e de pequeno diâmetro) são os mais comuns. Eles podem ser quadrados ou redondos e oferecem excelente valor e desempenho. Motores de disco (curtos e de grande diâmetro) cabem 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 moldura ou integrados, separam o rotor e o 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 o rendimento e a precisão várias vezes.

Dimensionando o motor. O tamanho do motor é baseado principalmente no torque: pico e contínuo. Dimensionar motores pode ser um desafio e erros podem não ser encontrados até o final do ciclo de desenvolvimento. Como pode ser difícil aumentar o tamanho do motor nesse ponto, é aconselhável incluir margem em seus cálculos. Se você é novo no processo, provavelmente deveria contar com os engenheiros de aplicação das empresas automotivas.

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

Depois de selecionar os tipos de sensor de feedback, você precisa selecionar sua resolução. Geralmente, um codificador de 1.000 linhas ou, equivalentemente, um resolvedor de 12 bits fornecerá resolução suficiente. Ambos produzem cerca de 4.000 posições diferentes por revolução, o que equivale a uma resolução de cerca de 0,1 graus. Entretanto, se sua aplicação precisar de resolução mais alta, você deverá selecionar o sensor adequadamente. Uma palavra de cautela: diferencie entre resolução e precisão. Muitos servos oferecem resolução selecionável para feedback do resolvedor; entretanto, a precisão (geralmente entre 10 e 40 arco-min) pode não ser afetada.

Selecione a unidade. Considere se você deseja a fonte de alimentação modular (separada) ou integrada a um drive. Com três ou mais unidades da mesma família próximas, as fontes de alimentação modulares funcionam bem. Com um eixo, as fontes de alimentação integradas geralmente se adaptam melhor. Com dois eixos, ambas as soluções são praticamente iguais.

Se você planeja incluir a unidade, lembre-se de que os tamanhos das unidades variam consideravelmente e podem afetar o tamanho geral do equipamento. Dependendo do tamanho do gabinete, também pode ser necessário investigar várias opções de resfriamento.

Comutação senoidal vs. seis etapas

A forma da onda de energia do inversor para o motor tende a ocorrer de duas maneiras para servomotores sem escova: seis etapas e onda senoidal. Na onda senoidal, a forma de onda da corrente produzida pelo inversor 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 eletrônica simples. Embora de custo mais baixo, o seis estágios tem operação difícil em baixas velocidades.

Flexibilidade de ajuste. O ajuste, o processo de seleção de ganhos em ciclos de feedback, é necessário para obter alto desempenho e manter uma operação estável. No passado, a afinação era mais uma arte do que uma ciência. Agora, os servoacionamentos modernos fornecem uma série de ferramentas para auxiliar os projetistas de máquinas. O autoajuste (ou autoajuste), o processo em que o drive excita o sistema mecânico e gera um conjunto de ganhos de loop, é quase um padrão. A maioria das unidades é configurada com ganhos digitais, portanto você não precisará de um ferro de solda ou de um aparador de panelas (chave de fenda pequena). Você pode precisar dos métodos mais complexos apenas ocasionalmente, mas tê-los disponíveis oferece mais opções.

As unidades analógicas podem ser mais baratas, mas pode ser necessário ajustar os loops ajustando os potenciômetros ou alterando os componentes passivos. Seja qual for a sua escolha, o ajuste faz parte da curva de aprendizado e requer algum estudo e experimentação.

Impulsione a comunicação. Muitos inversores usam um sinal analógico para entregar os comandos de velocidade e torque. Contudo, a comunicação digital está ganhando popularidade porque reduz a fiação de comunicação e aumenta a flexibilidade do sistema. Muitos inversores são compatíveis com redes como DeviceNet, Profibus e uma nova rede especialmente para controle de movimento chamada Sercos.

Tensão. Esteja ciente de que pode ser difícil obter energia de 110 Vca no chão de fábrica. Na Europa, 460 Vac é popular; o uso de inversores de 230 VCA pode exigir um transformador em máquinas para uso no exterior. Infelizmente, as unidades de 460 Vac podem ser caras. Um compromisso 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 drives em uma máquina, você simplifica a lista de peças de reposição.

Selecione o controlador

Ao selecionar o controlador, escolha eixo único ou eixo múltiplo. Os controladores de eixo único combinam um controlador de movimento, um inversor e, muitas vezes, 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.

Os controladores multieixos geralmente são mais adequados em sistemas mais complicados. Primeiro, eles geralmente reduzem custos, especialmente à medida que o número de eixos aumenta. Segundo, reduzem a complexidade do sistema porque um programa pode controlar todos os movimentos. Esses controladores de movimento também fornecem maior flexibilidade na sincronização, pois geralmente permitem que qualquer eixo seja vinculado a qualquer outro eixo e permitem modificar esse link durante a execução do programa.

Após a seleção do controlador, você precisará escolher uma configuração de “caixa” ou “placa”. Uma configuração de caixa é um controlador fechado capaz de operação independente. Os controladores de 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 do controle e da máquina. Se você não planeja usar um computador industrial, o controlador baseado em caixa geralmente é mais fácil de adicionar.

Avalie o conjunto de recursos

Finalmente, avalie os recursos do controlador. Considere as funções discutidas até agora: engrenagem, came, registro de alta velocidade e chaves 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 transmissão durante a operação? Você precisa modificar os perfis da câmera rapidamente? Que precisão de registro você precisa? Você precisa de uma mudança de velocidade ou posição alvo durante a operação? O controlador suporta eixos suficientes para esta aplicação? Ele caberá em versões futuras da sua máquina?

Lidando com custos

O custo dos servocomponentes é muitas vezes superior ao dos componentes mecânicos que eles 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 servocontrolador geralmente substitui um PLC; neste caso, todo o custo de 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 questões a serem feitas. A linguagem é capaz de suportar seus processos? É tão complexo que você precisará gastar muito tempo aprendendo? O produto suporta multitarefa? Técnica que permite escrever diferentes programas para diferentes processos, a multitarefa simplifica a programação de máquinas complexas.

Todas essas perguntas podem ser difíceis de responder, especialmente se você for novo no controle eletrônico de movimento. A maioria das empresas que oferecem controladores os oferece um bom suporte. Durante o seu processo de seleção, faça muitas perguntas. Além de ajudar a avaliar o produto, também ajuda a avaliar o suporte. Por fim, considere o futuro da atividade de desenvolvimento na sua empresa. Escolha fornecedores que possam fornecer produtos e suporte agora e nos próximos anos.