Encoder

ESTUDO E APLICAÇÃO DE ENCODERS NO CONTROLE DE MOTORES CA STUDY AND APPLICATION OF ENCODERS TO CONTROL AC MOTORSBruno Pereira Matheus, Prof. Dr. Jozué Vieira Filho – Campus de Ilha Solteira – Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira – Engenharia Elétrica – [email protected] – PET/MEC/SESu Palavras chaves: Encoders; Motores CA; Controle. Keywords: Encoders; AC Motors; Control. 1. INTRODUÇÃO Em sistemas de controle, os sensores são elementos de extrema importância, pois fecham a malha de realimentação de um circuito, sendo capazes de detectar a margem de erro de um sistema e enviar um sinal para um atuador ou controlador que, por sua vez, é capaz de controlar o processo de maneira mais eficiente. No controle de sistemas rotativos de posicionamento que precisam detectar e corrigir posição, velocidade, aceleração e outros parâmetros temporais, os sensores de rotação do tipo encoders são fundamentais. Atualmente, o encoder tem sido muito utilizado como elemento realimentador de sistemas de controle em malha fechada, fornecendo parâmetros sobre o sistema a ser controlado, tais como: posição, velocidade, freqüência, aceleração, dentre outras grandezas dependentes do tempo. Como um exemplo de aplicação pode-se citar a utilização de encoders no controle de rotação de geradores síncronos usados na geração de energia elétrica, onde é necessário manter a freqüência de rotação constante. Uma outra aplicação importante é o controle de posicionamento de esteiras em linhas de produção, onde o objetivo é manter o sincronismo entre esta e os demais atuadores que compõem a mesma. 2. FUNDAMENTAÇÃO TEORICA E OBJETIVOS 2.1 FUNDAMENTAÇÃO TEORICA Os encoders são sensores rotativos baseados em componentes opto-eletrônicos que fornecem a posição ou variação angular do seu eixo, de modo digital. Eles podem ser classificados como incrementais ou absolutos, de acordo com a informação digital fornecida. Os encoders absolutos fornecem diretamente a posição angular relativa, de modo paralelo, enquanto os encoders incrementais apresentam a variação da posição angular de maneira serial. Apesar de algumas vantagens oferecidas pelos encoders absolutos, prefere-se fazer uso dos encoders incrementais, pois os mesmos apresentam menor custo e fornecerem diretamente a variação angular. Os encoders incrementais fornecem em sua saída 2 N pulsos de onda quadrada por volta, onde N representa o número de bits ou resolução. A variação angular representada por um único pulso pode ser obtida a partir de (1): θ = deslocamento angular em graus ϕ  θ= .360 onde : ϕ = quantidade de pulsos resolução resolução = resolução do encoder  (1) Na obtenção de parâmetros temporais, a partir das informações fornecidas pelo encoder, é necessária a utilização de uma interface digital capaz de capturar o sinal (pulsos de onda quadrada) oriundo do encoder e converte-lo em informação manipulável, já que os mesmos fornecem apenas a posição ou variação angular. Existem diversas maneiras de se construir uma interface digital. No entanto, com o avanço da tecnologia, o emprego de microcontroladores vem sendo muito requisitado para um melhor 09153 onde é possível obter alguns parâmetros temporais. controlado por um inversor de freqüência.1 MATERIAIS Os materiais utilizados neste projeto foram: • Inversor de freqüência SIEMENS MM420. MATERIAIS E METODOLOGIA 3. 3. Isto aumenta o grau de interação entre o sistema e um usuário. • Resistores e LEDs. Fig. acionada por um motor de indução trifásico (tipo gaiola) de 0. 01: Esquema de uma aplicação utilizando encoder 09154 . • Protótipo de uma esteira rolante.desenvolvimento da produção. aproveitando–se os recursos oferecidos pelo microcontrolador. os mais utilizados em escala mundial pertencem à família MCS51. Para completar a interface. • Microcontrolador 89S52. • Gravador e emulador de microcontroladores MCS51. que se resume a microcontroladores de 8bits. • Protoboard. velocidade e freqüência de rotação do eixo de um motor CA. pois um microcontrolador ocupa um menor espaço físico e apresenta uma maior eficiência e praticidade. como posição. que é relativamente simples e de ampla aplicação. • Motor de Indução Trifásico (0. • Editor de texto e compilador MCS51.2 METODOLOGIA O trabalho tem como base um protótipo de esteira rolante industrial. regulador de tensão e Display LCD. para conectar displays LCD. 2.15KW). com caixa de redução de velocidade. visto que todos os comandos são executados via software. ainda é possível utilizar outras estruturas. que por sua vez é controlado pelo inversor de freqüência MM420 da SIEMENS. tipo Gaiola. gerando uma aplicação semelhante à apresentada na figura 01. • Encoder Danaher Hohner – Serie 58 – 10 Bits. garantindo uma interface homem-máquina (IHM). velocidade e freqüência de chaveamento elétrico do motor CA. a fim de apresentar parâmetros à cerca do funcionamento do sistema. cujo membro principal é o 8051. 3. Isto diminui custos e traz um melhor acabamento. de modo que parâmetros como posição.15KW.2 OBJETIVOS Os objetivos deste trabalho são estudar e compreender a operação e aplicação de sensores de posição do tipo encoder. possam ser obtidos e usados em um sistema prático de controle em malha fechada. Um encoder incremental de 10 Bits de resolução da DANAHER HOHNER foi acoplado ao motor. Dentre os microcontroladores existentes no mercado. são aproximadamente 10 vezes menores que os parâmetros reais. Verificaram-se também os parâmetros calculados com auxilio de um tacômetro a fim de medir a velocidade de rotação do eixo da esteira (Vel1). no display LCD utilizado. calculados.Para viabilizar o projeto. Tal ocorrência deve-se ao fato do eixo principal do motor estar acoplado a uma caixa de redução. 4. então. da ATMEL. interpreta a quantidade e variação temporal destes e. desenvolveu-se uma interface microcontrolada com display baseada no microcontrolador 89S52. Vel1 e Vel2. um osciloscópio. a seguir: Fig. 03: Parâmetros obtidos Nota-se que os parâmetros Freq. mediante algoritmos implementados em linguagem assembly e C. (b) Interface microcontrolada. calcula a posição e freqüência do sinal do encoder. A interface recebe os sinais gerados pelo encoder. operando a 12MHz.20Hz (Freq). fazendo com que os parâmetros calculados reduzam nas mesmas proporções. com o intuito de averiguar a freqüência do sinal enviado pelo encoder (Vel2). a seguir: (a) (b) Fig. Vel1 e Freq. RESULTADOS E DISCUSSÕES O protótipo de esteira industrial utilizado. Com o inversor de freqüência ajustado para operar a 58. Vel2. bem como a interface microcontrolada desenvolvida. são visualizados nas figuras 02 (a) e (b). representados respectivamente por Pos. que reduz a velocidade em aproximadamente 10 vezes. obteve-se os resultados. velocidade de rotação e freqüência de chaveamento do motor. produzindo uma rotação no eixo de aproximadamente 1.798KHz (Vel2). e a própria freqüência de chaveamento do 09155 . e freqüência do sinal enviado pelo encoder de 29.746RPM (Vel1). verificados na figura 03 . 02: (a) Protótipo de esteira industrial. Daniel. D.6%. Istanbul. Thomas G. A seguir. (c) Tacômetro: Eixo da esteira (Vel1) Comparando-se os parâmetros calculados com os parâmetros teóricos e medidos. Canada.. (b) Osciloscópio: Saída do encoder (Vel2). 5. são visualizadas as verificações citadas. DATASHEET do microcontrolador 89S52. 01-07. Os parâmetros obtidos. Referências Bibliográficas BURNS. verificada na própria tela do mesmo (Freq). nas figuras 04 (c). Montreal. MARINELLI. Esse sistema de controle mais completo está em faze final e desenvolvimento. O sistema obtido é preciso e o uso de um microntrolador o torna flexível.pdf>. Acesso em: 09 Fev. 2006. pp. “Motion Control Design of a Manufactory Plant by Dedicated Software”. Disponível em: <http://www. que conferem grande precisão a interface microcontrolada desenvolvida. A. IEEE AMC’06. O.inversor. (b) e (a). 2002 ASME Design Engineering Technical Conferences. posteriormente. “RAPID EMBEDDED PROGRAMMING: A TOOL FOR EDUCATION”. (a) (b) (c) Fig.2002. controlado por um inversor de freqüência. usando-se um encoder incremental. CARLI. respectivamente. CONCLUSÕES Neste trabalho foi desenvolvido um sistema para obter posição. pp.atmel. irão compor a realimentação de um sistema de controle capaz de atuar no inversor de freqüência para que a esteira opere de acordo com parâmetros previamente estabelecidos.com/dyn/resources/ prod_documents/doc1919. velocidade e freqüência de rotação do eixo de um motor CA. 09156 . SUGAR. podendo ser usado com eficiência em sistemas práticos ou como unidade básica de desenvolvimento para novas aplicações. Turkey.94-98. 2009. obteve-se erros inferiores a 1. 04: Resultados obtidos: (a) Inversor de Freqüência (Freq).