UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETOESCOLA DE MINAS COLEGIADO DO CURSO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO - CECAU MILTON GONTIJO FERREIRA JÚNIOR CONTROLE DE UM INVERSOR DE FREQUÊNCIA VIA CLP MONOGRAFIA DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO Ouro Preto, 2012 MILTON GONTIJO FERREIRA JÚNIOR CONTROLE DE UM INVERSOR DE FREQUÊNCIA VIA CLP Monografia apresentada ao Curso de Engenharia de Controle e Automação da Universidade Federal de Ouro Preto como parte dos requisitos para a obtenção do Grau de Engenheiro de Controle e Automação. Orientador: Prof. Dr. Henor Artur de Souza Ouro Preto Escola de Minas – UFOP Agosto/2012 AGRADECIMENTOS Agradeço primeiramente a Deus por possibilitar essa conquista. Aos meus pais, Milton e Leninha, que sempre me apoiaram em minhas decisões e são grandes responsáveis por essa vitória. Às minhas irmãs, Raiane e Rejane, que são meus exemplos de vida, pois sempre enfrentaram seus desafios de cabeça erguida. À minha namorada, Carol, pelo amor, compreensão e paciência que sempre me dedicou. A toda minha família que sempre depositou sua confiança em mim. À República Laje, em especial ao André, Glauco e Luiz Felipe que se tornaram minha família em Ouro Preto. Agradeço ao amigo Mário Sérgio pelo auxílio durante esse trabalho. A todos os professores com os quais tive o prazer de aprender, em especial ao meu orientador Henor pela oportunidade e ajuda nesse trabalho. “O sucesso é um inimigo perverso. Ele seduz as pessoas inteligentes e as faz pensar que jamais vão cair.” (Bill Gates) . Nesse trabalho apresenta-se um exemplo simplificado de controle de processo. no caso o controle de um inversor de frequência por meio de um Controlador Lógico Programável (CLP). tornando-se possível o ajuste da velocidade no valor desejado. A visualização do valor é obtida por meio de um transmissor de velocidade na saída do túnel que faz com que o sistema SCADA seja capaz de monitorar o valor em tempo real. uma vez que foi possível o controle do motor e. Os resultados obtidos demonstram a eficácia do sistema de controle proposto. consequentemente. A partir da aplicação do controle é possível visualizar o valor da velocidade e mantê-la num valor desejado. gerado por um motor de indução acionado por um inversor de frequência. existente no Laboratório de Transferência de Calor e Massa da Escola de Minas. para tornar esse controle possível desenvolve-se um sistema SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition).RESUMO O controle de processos industriais é de fundamental importância para o crescimento e sobrevivência das empresas uma vez que um controle eficiente produz ganhos significativos de qualidade e produtividade. . SCADA. Palavras chaves: CLP. controle. o ajuste da velocidade do ar de forma satisfatória. UFOP. O objeto do trabalho é o controle da velocidade do ar no interior de um túnel de vento de pequenas dimensões. In this work present a simplified example of process control. generated by an induction motor driven by a frequency inverter. From the application of control you can see the value of speed and keep it in a desired value. since it is possible to control the motor and consequently the wind speed setting satisfactorily. UFOP. The object of this work is to control the air velocity within a small wind tunnel. from the Laboratory of Heat and Mass Transfer of the School of Mines. The results demonstrate the effectiveness of the proposed control. . control. to make this possible. The display value is obtained by a transmitter speed in the tunnel output that allows the SCADA system be able to monitor the value in real time. making it possible to adjust the speed at the desired value. Keywords: PLC. develops a SCADA system (Supervisory Control and Data Acquisition).ABSTRACT The industrial process control is essential for growth and survival of businesses as an efficient control produces significant gains in quality and productivity. SCADA. where control of a frequency inverter via a Programmable Logic Controller (PLC). LISTA DE ABREVIATURAS CLP Controlador Lógico Programável CPU Central Processing Unit DSC Datalogging and Supervisory Control EPROM Erasable Programmable Read Only Memory IHM Interface Homem Máquina OLE Object Linking and Embedding OPC OLE for Process Control PLC Programmable Logic Controller RAM Random Access Memory ROM Read Only Memory SCADA Supervisory Control and Data Acquisition UV Ultravioleta . ...............................22 Figura 3..............................3 – Transmissor de Velocidade CTV100 com display ..............LISTA DE FIGURAS Figura 2...............................3 – Borne de Controle XC1 ...............5 – Tela inicial MatrikonOPC Server for GE PLCs ..................4 – Tela Inicial CIMPLICITY Machine Edition ..........2 – Posição dos jumpers para seleção das entradas e saídas analógicas e entradas digitais....17 Figura 2...16 Figura 2...35 Figura 5....................... aterramento e controle ..........................................................................1 – Localização das conexões de potência...............33 Figura 6........2 – Imã permanente suspenso por um fio .........................1 – Tela do Sistema SCADA ...........................................19 Figura 2.....2 – CLP GE Fanuc Versamax ..............26 Figura 4..........36 .........1 – Princípio de funcionamento ......................................5 – Lógica de programação.......................30 Figura 4................................35 Figura 5..................................................................................32 Figura 5...33 Figura 5.....1 – Motor de Indução ....................5 – Lógica do Gráfico Velocidade do Vento ........................26 Figura 3...32 Figura 4.............................................17 Figura 2.......................................................2 – Aparato Experimental .................4 – Lógica do Setpoint .....................................3 – Lógica do Botão Liga/Desliga Geral ....................................................3 – CLP Versamax ..............................28 Figura 4.....................6 – Evolução Temporal da Velocidade do Vento.....................28 Figura 4.....................20 Figura 3..................................................................................................................................................................................4 – Arquitetura Cliente/Servidor OPC ......................................................................................................................................................................................................................34 Figura 5...................................................................................... ...........21 ......................1 – Norma Internacional de Endereçamento ...................LISTA DE TABELAS Tabela 2........... ...1 – Comandos da Linguagem Ladder ....................................19 .......................LISTA DE QUADROS Quadro 2.......... ....2 Controle de Velocidade ..................2 Comunicação OPC ..............................................................................................................2 Parâmetros de regulação .....1 Histórico ............................................................1.........................................................................................SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................2 Princípio de Funcionamento ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 24 3................................. 14 2 CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL ...........2 Configuração das entradas ................................4 Programação .................................................................................................................................................................................................................... 13 1................2 Transmissor de Velocidade ....................3 Estrutura do Trabalho ..1...............2 Metodologia ............................. 14 1........ 28 4........................................................ 26 4 MOTOR DE INDUÇÃO E SISTEMA SUPERVISÓRIO ..................... 19 3 INVERSOR DE FREQUÊNCIA .. 33 . 25 3.....................................3 CLP GE Fanuc Versamax.................... 23 3...................3 Controle XC1 ................ 24 3........................................ 30 4..... 29 4........................................................3 Sistema Supervisório ...............................3..3.......................................................................1 Parâmetros de leitura ........................... 15 2........................................................................... 31 4......................1................................................1 Princípio de Funcionamento .......................................................................................................................................................1..............................................1 Objetivo ..... 16 2........ 28 4............................................................................................ 22 3........................... 29 4..................................1 LabVIEW........................................................... 31 5 DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA SUPERVISÓRIO .. 28 4.......3 Parâmetros de configuração ........ 23 3....................................... 14 1........................................................................ 15 2...............1 Motor de Indução .......................................................................................4 Parâmetros do motor ............................1............... 25 3.............. 16 2..................1...................................1 Parâmetros ............ .................................................................. 38 .......................................................................................... 34 5..............2 Lógica do LabVIEW ................... 34 5...............................1 Cliente/Servidor OPC.................3 Resultados....................................................................... 37 REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS ....................................................................................................................................................5................ 35 6 CONSIDERAÇÕES FINAIS ...................... . os chamados Sistemas Supervisórios. . A partir de 1950 surgiram os instrumentos eletrônicos analógicos que aumentaram a distância para emissão de sinais. Os CLPs não possuem uma Interface Homem-Máquina (IHM) padrão.1 INTRODUÇÃO Há uma necessidade cada vez maior do controle de processos industriais. além de dar maior segurança aos operadores. onde coordena as atividades de vários equipamentos que interagem em células de manufatura ou sistemas (GROOVER. Pode-se utilizar diversos programas para criação do referido sistema. memória e barramento de dados. permitindo a concentração de controladores em uma única área. elevaram o grau de automação dos processos (AUTOMAÇÃO.. É nesse contexto que se desenvolve a automação industrial que tem por objetivo a melhoria de processos desde a redução do consumo de matérias primas até melhorias nas condições de segurança. O CLP é um dispositivo com diversas aplicações na automação e sua estrutura é similar à de um computador pessoal. A partir de 1940 surgiram os instrumentos pneumáticos que já eram capazes de enviar a distância sinais relativos às variáveis de processo. ou Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA). possuindo unidade central de processamento. sendo necessário criar tal interface por meio de programas específicos para esse fim. enquanto os instrumentos eletrônicos digitais. 2012). e com a automação da manufatura.. além de simplificar sua transmissão. a partir de 1970. Nesse projeto tem-se o controle um inversor de frequência via Controlador Lógico Programável (CLP). A maior diferença está nos módulos de entrada/saída. que fazem a comunicação com o ambiente externo. O termo controle supervisório está associado com os processos industriais. Neste trabalho utiliza-se o LabVIEW. Os instrumentos e equipamentos voltados para o controle de processos evoluíram muito desde os primeiros instrumentos mecânicos. originando as salas de controle. onde o controle era realizado localmente. 2008). onde gerencia as atividades de unidades operacionais integradas para atingir determinados objetivos econômicos para o processo. que são programas criados para o monitoramento de processos. tanto para melhoria da qualidade e da produtividade como para proporcionar maior confiabilidade dos processos. Utiliza-se um CLP programado segundo a lógica Ladder para controlar o processo. possibilitando o monitoramento e ajuste de um fluxo de ar gerado por um motor de indução. No capítulo 5 trata-se do desenvolvimento do sistema supervisório e mostram-se os resultados obtidos no trabalho.14 1. . o inversor de frequência e o motor de indução juntamente com o transmissor de velocidade e o sistema supervisório. No capítulo 1 apresenta-se uma breve introdução ao tema. bem como as dificuldades encontradas em sua execução.2 Metodologia Utiliza-se para montagem do trabalho a prática “Determinação do coeficiente de transferência de calor por convecção para placas horizontais e inclinadas”. No capítulo 6 é feita a conclusão. o objetivo e a metodologia utilizada para a realização do trabalho. em conjunto com um CLP. gera um fluxo de ar no interior de um túnel de vento. disponível no Laboratório de Transferência de Calor e Massa (LTCM) da Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto. acionado por um inversor e controlado pelo CLP. Nos capítulos 2 a 4 descreve-se todo o aparato experimental utilizado: o controlador lógico programável. 1. é construído um sistema supervisório utilizando o software LabVIEW. Para facilitar a visualização desse sistema.3 Estrutura do Trabalho O trabalho foi dividido em 6 capítulos.1 Objetivo Propor um sistema supervisório que permita o controle de um inversor de frequência por meio do uso de um CLP. expondo os pontos positivos e os pontos a serem melhorados no trabalho. 1. Nessa montagem um motor de indução. houve a primeira experiência de sistemas de controle que utilizassem uma programação via software. Na década de 1920. que usa uma memória programável para a armazenagem interna de instruções orientadas para o usuário para implementar funções específicas. CAMARGO. c) possibilidade de expansão no número de entradas e saídas. surgiu uma nova geração de sistemas de controle que. foram: a) menor espaço físico necessário. por meio de dispositivos mecânicos que tinham por objetivo automatizar uma determinada tarefa. sequencial. 2007). durante a Revolução Industrial. d) maior confiabilidade. Somente em 1968.1 Histórico Os sistemas de controle tiveram início no final do século XIX. Algumas das principais vantagens advindas dessa nova tecnologia. projetado para uso em um ambiente industrial. mais fáceis de implementar e mais difíceis de se alterar (FRANCHI. vários tipos de máquinas ou processos. foram muito utilizados em conjunto com os relés. através de entradas e saídas digitais ou analógicas. SANTOS. por serem menores. b) facilidade em realizar alterações na programação. mais rápidos e pela maior vida útil.2 CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL Segundo a Comissão Internacional de Eletrotécnica (IEC. esses dispositivos foram substituídos por relés e contatores que possibilitaram o desenvolvimento de sistemas mais complexos. para controlar. 1993) Controlador Lógico programável é definido como: Sistema eletrônico operando digitalmente. sendo definida uma lógica de controle por meio de interligações elétricas. dando início à era dos controladores lógico programáveis (SILVEIRA. na empresa General Motors Corporation. tais como lógica. Já com o desenvolvimento dos circuitos integrados (CIs). temporização. . 2009). O controlador programável e seus periféricos associados são projetados para serem facilmente integráveis em um sistema de controle industrial e facilmente usados em todas suas funções previstas. em comparação com o painel de relés. 2. contagem e aritmética. 1. também de acordo com a lógica de controle.3 CLP GE Fanuc Versamax Optou-se para esse trabalho pelo GE Fanuc Versamax. Em seguida.1 – Princípio de funcionamento Fonte: UFBA. 2. ilustrado na Figura 2. 2. fazendo-se uso de diferentes quantidades e tipos de módulos. e explicado em seguida. armazenando os resultados obtidos em uma região da memória chamada de “tabela de imagem das entradas” e executa a lógica de controle presente no programa.16 e) possibilidade de comunicação com diversos tipos de equipamentos. A cada ciclo de varredura o CLP realiza a leitura de todas as entradas. . e inicia-se um novo ciclo. verificando o estado de cada uma. atualiza o estado da tabela de imagem das saídas.2. que pode ser utilizado em diversas aplicações. Figura 2.2 Princípio de Funcionamento O princípio de funcionamento do CLP é mostrado na Figura 2. 2000. de forma análoga a um sistema convencional de microprocessadores (NAKAYGAWA. .17 Figura 2.3. é responsável pela lógica de funcionamento dos circuitos do CLP.2 – CLP GE Fanuc Versamax Basicamente. sistema de memórias ROM e RAM e circuitos auxiliares de controle. 2012.3 – CLP Versamax Fonte: CARRILHO. um CLP é composto por uma fonte de alimentação. A CPU. composta por processador. Os circuitos auxiliares de controle operam sobre os barramentos de dados. A fonte de alimentação é responsável por retificar a corrente elétrica de maneira a permitir que ela seja utilizada pelo CLP. de controle e de endereços. e gerencia todo o sistema. analisa e executa o programa de aplicação desenvolvido pelo usuário. módulos de entrada e saída e terminal de programação. sistema operacional. Pelo fato do CLP não possuir uma bateria auxiliar. ele irá preservar somente aqueles dados contidos na memória EPROM. de acordo com o que o processador requer. uma Central Processing Unit (CPU). Figura 2. O processador interage de forma contínua com o sistema de memória. memórias. 2009). conforme ilustrado na figura 2. a proteção de dados (em caso de falta de energia elétrica) e a função de interrupção. Tal sistema pode ser alterado pelo fabricante do CLP e é responsável por administrar o autodiagnóstico (em caso de mau funcionamento). Os módulos de entrada e saída são compostos por dispositivos apropriados de forma a permitir a comunicação do CLP com os sinais de entrada e saída provenientes do sistema. Pode ser escrita e lida em qualquer momento no microprocessador. ou seja. ele responde pela função liga/desliga do sistema. um módulo de saída analógica responsável pela emissão do sinal de controle do inversor de frequência e um módulo de saída digital que tem como única finalidade habilitar ou desabilitar o inversor de frequência. EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) – memória não-volátil que permite que dados sejam regravados no dispositivo por meio da exposição a raios ultravioleta (UV). Todas as operações da CPU são executadas pelo Sistema Operacional que é gravado na memória ROM. Na ausência de energia elétrica o conteúdo dessa memória não se perde. Suas principais características são: . podendo ser lida apenas pelo microprocessador. o que faz com que esse módulo seja o responsável pelo acionamento remoto do experimento. Nesse projeto utiliza-se um módulo entrada analógica responsável pela obtenção das medições realizadas pelo sensor de velocidade. que a introduz e a disponibiliza para tarefas específicas. O terminal de programação permite a comunicação entre o usuário e o CLP. Nos CLPs são utilizadas para formar uma área de armazenamento temporário.18 As memórias possibilitam a leitura e gravação de dados por meio de circuitos integrados e podem ser divididas de acordo com suas características e funções. que agem sobre a memória atravessando uma pequena janela do chip. podendo ser um teclado ou display com poucas funções ou até mesmo um microcomputador com um software aplicativo e funções complexas. É escrita de modo definitivo pelo construtor. ROM (Read Only Memory) – é uma memória não-volátil. RAM (Random Access Memory) – é uma memória volátil (perde seu conteúdo na ausência de alimentação). 1 – Comandos da Linguagem Ladder Contato normalmente aberto envia sinal somente quando é acionado. Bobina vazia a saída só se mantém ativada. alteração de dados on-line. Quando acionado deixará de enviar o sinal. monitoramento de dados e gravação e apagamento de memória (SCHMIDT.1 estão ilustrados e comentados os principais comandos da linguagem Ladder. programação de instruções. Figura 2. onde as funções lógicas são representadas através de contatos e bobinas. Bobina reset desliga uma saída quando é excita com um sinal. se um sinal for mantido constantemente para mantê-la ligada. que é apresentado na Figura 2.4 – Tela Inicial CIMPLICITY Machine Edition No quadro 2. . O software utilizado é o CIMPLICITY Machine Edition.4. 2008). 2. Contato normalmente fechado envia sinal durante todo tempo em que não é acionado. Quadro 2.4 Programação Para a implementação da lógica de programação é utilizada a linguagem Ladder.19 autodiagnóstico. Na Figura 2. e armazena o produto na variável de saída atribuída a Q.5 – Lógica de programação . Quando terminar o chamado bloco. Transfere a execução do programa para o início de outro bloco (um C. Se IN1 maior ou igual a IN2. IL. Multiplica um ponto flutuante (REAL) operando IN1 por outro IN2. Multiplica um ponto flutuante (REAL) operando IN1 por outro IN2. limpa Q. Figura 2. energiza a saída Q. LD ou bloco). a execução continua no bloco chamado imediatamente após a instrução CALL. onde estão ilustradas algumas das ações que o programa terá de realizar durante a execução do mesmo. Compara dois pontos flutuantes (REAL). e armazena o produto na variável de saída atribuída a Q. Se IN1 é menor que IN2.5 apresenta-se parte da lógica implementada no CIMPLICITY.20 Bobina set liga uma saída quando é excitada com um sinal. 1. isso pode ocorrer de duas maneiras. Cada fabricante utiliza uma forma de endereçamento.21 Para que a lógica apresentada na Figura 2. vinculando a variável (bobina/contato) ao equipamento físico ou relacionando uma variável à outra (chave/botoeira) dentro do próprio programa.1 – Norma Internacional de Endereçamento Descrição Representação Bits de entrada %I Bits de saída %Q Bits internos %M Bits do sistema %S Bits de temporizadores %TM Bits de contatores %C . Tabela 2. a norma internacional recomenda as convenções mostradas na Tabela 2.5 funcione é necessário realizar o endereçamento de todos os componentes presentes no programa. potência e controle do XC1. A CPU de um inversor de freqüência pode ser formada tanto por um microprocessador quanto por um microcontrolador. como o CLP.1 ilustra-se o inversor utilizado e a localização das conexões de aterramento. Também podem ser utilizados como dispositivos de segurança para problemas da rede elétrica.1 – Localização das conexões de potência. ele precisa também manter o torque constante para que não haja alteração na rotação. aterramento e controle Fonte: WEG. para isso ele é capaz de gerar tensão e freqüência trifásicas ajustáveis. A IHM torna possível a visualização . queda de tensão. Neste trabalho utiliza-se o inversor de freqüência modelo Web CFW 08 juntamente com o cartão de controle XC1. além de uma memória integrada que armazena todos os parâmetros e dados do sistema. Segundo Capelli (2002). entre outros. IHM. como sobrecarga. a função de um inversor de frequência não se limita a controlar a velocidade de um motor.3 INVERSOR DE FREQUÊNCIA Um inversor de freqüência é um dispositivo destinado ao controle e variação da velocidade de motores de indução trifásicos. Em conseqüência dessa capacidade. Figura 3. que permite o controle do mesmo por um CLP. 2012. Segundo Capelli (2002) os inversores são classificados em quatro blocos: CPU. Na Figura 3. os inversores possibilitam um acionamento suave do motor evitando possíveis quebras. Interfaces. e Etapa de potência. A etapa de potência é constituída por um circuito retificador.23 das ações do inversor além de permitir sua parametrização. Como exemplos. configuração e do motor. Caso não seja definido esse valor para tal parâmetro. onde a velocidade de rotação é proporcional ao seu valor.1.1 Parâmetros Segundo Capelli (2002) para que o inversor funcione de forma satisfatória. A maior parte dos inversores pode ser comandada por meio de dois tipos sinais: analógicos ou digitais.1 Parâmetros de leitura Os parâmetros de leitura são variáveis que podem ser visualizadas no display. têm-se: . normalmente utiliza-se um sinal analógico de comando. no parâmetro P000. Conforme visto anteriormente. os dados estarão acessíveis apenas para visualização. parâmetros de configuração. dessa forma é possível realizar as modificações. parâmetros de regulação. Quando se deseja o controle da velocidade de rotação de um motor. 3. 3. que é o caso desse projeto. Quanto maior o número de recursos que o inversor oferece. é preciso informá-lo em que condições de trabalho ele irá operar. mas não podem ser alteradas pelo usuário e que permitem visualizar os valores programados nos parâmetros de regulação. Para alterar seus valores é necessário. esses parâmetros são acessíveis por meio da IHM do inversor. que será abordada mais a frente. o que consiste na parametrização do inversor. parâmetros do motor. maior será o número de parâmetros disponíveis. que alimenta o circuito de saída do inversor através de um circuito intermediário chamado barramento DC. inserir o número 5. não basta instalá-lo corretamente. Os parâmetros são agrupados pelas seguintes características: parâmetros de leitura. Referência de Velocidade.Velocidade do Motor. Indica o valor da velocidade real.Tempo de aceleração. Define o valor mínimo da frequência na saída quando o inversor é habilitado. P204 – Reprograma todos os parâmetros para os valores do padrão de fábrica. Define o tempo para acelerar linearmente de 0 até a frequência nominal. P004 . Define o tempo para desacelerar linearmente da frequência nominal até zero.1. Indicação em rpm.2 Parâmetros de regulação Os parâmetros de regulação consistem em valores ajustáveis a serem utilizados pelas funções do inversor.Tensão do circuito intermediário. em Volts.1. têm-se: P202 – Tipo de controle. Indica a tensão atual no circuito intermediário de corrente contínua.Referência mínima. . P003 . Como exemplos. P133 .3 Parâmetros de configuração Os parâmetros de configuração definem as características do inversor e as funções a serem executadas. P134 – Referência máxima. 3. em rpm. P005 – Frequência de saída do inversor.24 P001 . Indica o valor da referência de velocidade antes da rampa. P101 . Como exemplos. Define o modo de controle do inversor.Tempo de desaceleração. em hertz (Hz). Indica a corrente de saída do inversor em ampères. Define o valor máximo da frequência na saída quando o inversor é habilitado.Corrente do motor. P002 . têm-se: P100 . 3. 1. 3. P403 – Frequência nominal do motor.2 Configuração das entradas O inversor utilizado tem como configuração de fábrica a entrada analógica em tensão (0 a 10Vcc). alterando o seu estado de OFF para ON. para adaptá-lo à realidade do trabalho. têm-se: P399 – Rendimento nominal do motor.25 P205 – Seleção do parâmetro de leitura indicado. foi realizada uma alteração no parâmetro AI1. P404 – Potência nominal do motor. após a energização do inversor. P405 – Fator de potência nominal do motor. em que o cartão de saída analógico utiliza saída em corrente (4 a 20mA). P400 – Tensão nominal do motor. Na Figura 3.2 apresenta-se a posição dos jumpers que configuram a seleção das entradas e saídas analógicas e as entradas digitais. P220 – Define como é feita a seleção entre a situação local e a situação remoto.4 Parâmetros do motor Os parâmetros do motor definem as características nominais do motor a ser utilizado em conjunto com o inversor. Seleciona qual parâmetro de leitura será mostrado no display. . como exemplos. P402 – Velocidade nominal do motor. 3. P401 – Corrente nominal do motor. 2012.3 Controle XC1 A comunicação entre o inversor de freqüência e o CLP se dá por meio da conexão de controle XC1.3 têm-se todos os pontos de conexão. DI3. 2012. A conexão DI1 é a responsável por habilitar/desabilitar o inversor e é conectada ao módulo de saída digital do CLP. Na Figura 3.26 Figura 3. 3. e AI1. Figura 3. Nesse trabalho utilizam-se as conexões: DI1. Já a conexão DI3 é a responsável pelo reset do inversor e é conectado com a . COM.2 – Posição dos jumpers para seleção das entradas e saídas analógicas e entradas digitais Fonte: WEG.3 – Borne de Controle XC1 Fonte: WEG. com a saída para o motor (U.4 – Diagrama de Ligação Fonte: WEG. 3. o restante da instalação depende do modelo e da aplicação. Figura 3. . Na Figura 3. As conexões COM e AI1 são conectadas ao módulo de saída analógica do CLP.27 DI1 do próprio inversor.4 tem-se o diagrama de ligação simples do inversor utilizado com a rede de energia e com o motor. V e W).4 Instalação do Inversor de Frequência Para instalação do inversor uma regra comum a todos os modelos e aplicações é tomar cuidado para não confundir os bornes de entrada de energia (R. 2009b. S e T). Com exceção dessa regra. 4 MOTOR DE INDUÇÃO E SISTEMA SUPERVISÓRIO 4. na França. O disco segue o sentido do imã devido às correntes parasitas induzidas que surgem pelo movimento relativo do disco em relação ao campo magnético.1. Figura 4. Foi inventado por Nikola Tesla em 1886. Conforme o imã gira no fio.1 ilustra-se o motor utilizado neste projeto. o disco abaixo irá girar independente do sentido de rotação do imã.1 Motor de Indução O motor de indução trifásico é o motor mais comum presente em instalações industriais devido à sua robustez.2 – Imã permanente suspenso por um fio Fonte: MOTORES.2. Na Figura 4.1 Princípio de Funcionamento O princípio de funcionamento de um motor de indução pode ser exemplificado por um imã em formato de ferradura. 4.1 – Motor de Indução Fonte: WEG.. sob o qual há um disco metálico livre para girar sobre seu eixo. suspenso por um fio. 2012. 2001 . baixos custos de compra e manutenção.. o que é ilustrado na figura 4. funcionamento simples e elevada vida útil.. Figura 4. todas derivadas da velocidade de rotação do motor. equipado com display. ou seja. ao movimento que produziu a tensão induzida.2 Transmissor de Velocidade A velocidade do ar no interior do túnel de vento poderia ser calculada de diversas formas. o transmissor torna o processo de controle da velocidade mais confiável. Enquanto durar o movimento. Sabe-se que a velocidade do campo girante é diretamente proporcional ao valor da frequência da fonte de alimentação e que a velocidade do motor depende da velocidade do campo girante. Tal instrumento não possui um display para a visualização da velocidade. para calibrar os sinais enviados pelo transmissor (4 a 20mA). Essa variação de frequência é obtida por meio de um inversor. Mas para esse projeto optou-se pela utilização de um transmissor de velocidade. Estas correntes parasitas tenderão a criar sob o polo N do imã um polo S no disco e sob o polo S do imã um polo N no disco. 4. de fabricação da KIMO Instruments. Por não se tratar de um sistema em malha fechada. O disco desta maneira irá girar no mesmo sentido do imã pela atração existente entre estes pares de polos que tenderão a alinhar-se. o sensor tem como finalidade indicar o . por permitir a visualização do valor da velocidade em tempo real. estes pólos serão criados no disco. Com a calibração realizada. que deve ser instalado entre a fonte de tensão e o motor. Na Figura 4. fazendo-se necessário a utilização de um anemômetro de fio quente. 4. que produz as correntes parasitas.29 A Lei de Lenz explica o sentido contrário da corrente parasita induzida que irá produzir o campo que tenderá a se opor a força. O transmissor utilizado foi o CTV100.2 Controle de Velocidade Para algumas aplicações é necessário controlar a velocidade de acionamento da carga. eliminando a necessidade de cálculos complexos. Um modo bastante utilizado para variar de maneira controlada a velocidade de motores de corrente alternada é por meio da frequência da tensão de alimentação.1.3 ilustra-se o transmissor com display. apresentadas ao usuário. Tais informações são coletadas através de equipamentos de aquisição de dados e. em seguida. 2005). Estes sistemas também são chamados de SCADA (SILVA. 2012 4. de modo a permitir a verificação da lógica implementada no CIMPLICITY. Os sistemas supervisórios permitem que sejam monitoradas e rastreadas informações de um processo produtivo ou instalação física. tendo como principal objetivo uma interface de alto nível entre o operador e o processo possibilitando um monitoramento do mesmo em “tempo real”. Nesse projeto é utilizado como RTU o CLP. facilidade de projeto e instalação. armazenadas e.30 valor da velocidade do ar. posteriormente. versatilidade e flexibilidade. que são responsáveis pelo monitoramento dos equipamentos distantes da estação central. manipuladas.3 Sistema Supervisório Os sistemas supervisórios são programas que permitem a aquisição e monitoramento de dados e variáveis de um processo industrial. o que é muito comum devido algumas vantagens: solução econômica. Um sistema supervisório. RTUs. ou SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition). analisadas. SALVADOR. Figura 4. é constituído por um número de unidades terminais remotas.3 – Transmissor de Velocidade CTV100 com display Fonte: ROMIOTTO. . por meio da comunicação OPC (OLE for Process Control). Existem diversos softwares para criação dos sistemas SCADA disponíveis no mercado. 4. O módulo DSC também permite a comunicação do LabVIEW com uma variedade de CLPs. instrumentação e automação (OPC. controle avançado. 2010). para esse trabalho utiliza-se o LabVIEW. Esse software permite a construção de uma IHM/SCADA de forma simples. 2012). Por meio deste software é possível acompanhar variáveis de processo em tempo real. 4. simples diagnóstico e detecção de falhas. que permite a criação de supervisórios utilizando o LabVIEW.3. Esse padrão baseia-se na comunicação cliente/servidor. uma vez que a mesma é implementada por meio de ícones ao invés de linhas de comando.1 LabVIEW O LabVIEW é um software de design de sistema que fornece as ferramentas necessárias para criar e implementar sistemas de medição e controle por meio da integração de hardware. alarmes e administrar eventos.31 fisicamente compacto. como osciloscópios e multímetros (NATIONAL. A organização que gerencia esse padrão é a OPC Foundation que possui atualmente cerca de 470 membros ao longo do mundo. na qual o servidor é o software que contém o driver responsável pela comunicação com o equipamento. incluindo a maioria dos principais fornecedores mundiais de sistemas de controle. pois sua aparência e operação simulam instrumentos físicos. Nesse projeto foi utilizado o toolkit DSC (Datalogging and Supervisory Control).2 Comunicação OPC O padrão OPC surgiu para estabelecer a troca de dados em tempo real e reduzir os problemas relativos à compatibilidade de comunicação e à complexidade no desenvolvimento de drivers específicos para cada dispositivo. Os programas desenvolvidos em LabVIEW são chamados instrumentos virtuais. VI’s (Virtual Instruments).3. o que faz com que o servidor consiga gerenciar os dados enviados e recebidos pelo equipamento de . que possui os drivers necessários para a comunicação com CLP utilizado nesse projeto. para esse projeto utilizou-se o servidor MatrikonOPC Server for GE PLCs.5 – Tela inicial MatrikonOPC Server for GE PLCs .32 forma a permitir que os clientes possam acessar ou alterar dados no próprio servidor.4 ilustra-se a arquitetura cliente/servidor OPC. Existem diversos servidores OPC disponíveis no mercado.5.4 – Arquitetura Cliente/Servidor OPC Fonte: PUDA. Figura 4. Figura 4. Na Figura 4. 2008. O servidor Matrikon esta ilustrado na Figura 4. Na Figura 5. além da visualização em tempo real do valor “lido” pelo transmissor instalado na saída do túnel de vento. onde é possível visualizar por meio de um gráfico a resposta do inversor ao ajuste do setpoint da velocidade. Tal sistema permite realizar as funções de liga/desliga do projeto e ajuste do fluxo de ar no valor desejado.1 – Tela do Sistema SCADA . como mostrado na Figura 5.2. Figura 5.1 mostra-se a tela de monitoramento do Sistema Supervisório.5 DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA SUPERVISÓRIO Desenvolve-se um Sistema SCADA para o acionamento e monitoramento remoto da prática “Determinação do coeficiente de transferência de calor por convecção para placas horizontais e inclinadas” presente no LTCM. que irá permitir a comunicação entre o servidor e o LabVIEW. o primeiro irá receber e o segundo enviar dados para o CLP.3 – Lógica do Botão Liga/Desliga Geral Com o botão liga/desliga geral ativado. No MatrikonOPC Server for GE PLCs criasse dois tipos de objetos. 5.4 mostra-se a lógica de implementação do setpoint. onde é possível verificar que antes do envio desse valor ao CLP é necessária uma conversão do valor do setpoint. . Figura 5. ele é responsável por ativar o inversor deixando-o pronto para receber o valor da velocidade de vento que se deseja como setpoint. cujas principais funções são apresentadas a seguir. é necessário indicar a velocidade desejada. Na Figura 5. para que o motor inicie o seu funcionamento.2 – Aparato Experimental 5. Com o servidor OPC finalizado é necessário criar o cliente OPC.3 mostra-se a lógica de implementação do botão liga/desliga do sistema. Na Figura 5. Para tal vínculo é que se faz necessário o uso do servidor OPC. Para cada objeto é necessário configurar as variáveis de forma idêntica ao CLP. O cliente OPC é criado no próprio LabVIEW e ao fim dessa criação as variáveis configuradas no Matrikon estarão disponíveis para utilização no supervisório.1 Cliente/Servidor OPC Com a lógica de programação no CIMPLICITY definida. se faz necessário a vinculação das variáveis presentes em tal lógica com as variáveis a serem utilizadas pelo supervisório. Consumer e Producer. observando que o objeto Consumer é composto pelas varáveis produzidas pelo CLP e o objeto Producer pelas variáveis consumidas pelo CLP. setpoint.2 Lógica do LabVIEW Foi desenvolvida uma lógica de programação para o desenvolvimento do sistema supervisório.34 Figura 5. 6 mostra-se o comportamento do sistema. Para se ter uma garantia que o motor está operando de forma a cumprir essa condição é que entra em operação o transmissor. Na Figura 5.6 são derivadas de ruídos causados pela vibração no túnel de vento e. Pode-se observar que o sistema é capaz de manter a velocidade estável. do instrumento de medição do transmissor de velocidade. consequentemente.9m/s.5 – Lógica do Gráfico Velocidade do Vento 5. A velocidade máxima na saída do túnel é 0. onde o valor do setpoint altera-se de forma manual por meio do sistema SCADA. garantindo que o fluxo de ar na saída do túnel esteja no valor esperado.5 ilustra-se tal lógica. o motor passa a operar de forma proporcional à velocidade desejada.35 Figura 5. . Figura 5.4 – Lógica do Setpoint Com o sistema ligado e o setpoint definido. que permite a visualização do valor da velocidade em tempo real no sistema SCADA. As oscilações visualizadas na curva mostrada na Figura 5. O valor obtido pelo sensor também necessita de uma conversão antes de ser exibido no supervisório.3 Resultados Na Figura 5. 8 0.8 5.6 64.2 56 58.6 – Evolução Temporal da Velocidade do Vento Observando-se a curva apresentada na Figura 5.8 19.1 0 0 2.8 47.9 0.4 Velocidade (m/s) 36 Tempo (s) Figura 5.6 36.6 50.601 78.801 75.3 0.4 0.4 67.0.8 61.6 8. no valor desejado.6 22.2 42 44.6 0.4 53.2 0. pois o sistema desenvolvido permitiu o controle do inversor de frequência pelo CLP.4 39. gerado pelo motor.4 25. . fato comprovado pela manutenção da velocidade do ar.2 28 30.2 70 72.7 0.2 14 16.8 33.5 0.4 11.6 é possível verificar a eficácia do controle. do transmissor de velocidade.6 CONSIDERAÇÕES FINAIS Como o sistema apresentou oscilações decorrentes da vibração do túnel de vento e. ajustandoo para filtrar altas freqüências (ruídos). um filtro passa-baixa no sinal oriundo do transmissor. Pode-se também inserir. em consequência. . no LabVIEW. fazendo-se uso de elementos que amorteçam essa vibração. sugere-se para melhoria do sistema a fixação do instrumento de medição do transmissor em uma posição central ao longo do túnel. Para trabalhos futuros pode-se implementar um controle realimentado de forma a garantir que o sistema controle a velocidade do ar de forma independente de perturbações. Instrumentação Industrial Prática. nº 02. CAMARGO. NATIONAL Instruments.. Programmable Controllers. 2010. ano 01. NISE. FRANCHI. fevereiro 2002. Inversores de Frequência. What is the OPC Foundation?.ime. MG.br/portal/> Acesso em: 07 ago. Prentice Hall. Production Systems. Valter L. 2012. Norman S. 2009. Universidade Federal de Ouro Preto. Disponível em: <http://sapucaia. 2009.REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS AUTOMAÇÃO Industrial. São Paulo: Editora Saber. Disponível em: <https://www. First edition. Controladores Lógicos Programáveis (CLPs). International Standard IEC 1131-3. T. 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Report "Controle de Um Inversor de Frequência via Clp"