Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Prepare-se para as provas
Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Prepare-se para as provas com trabalhos de outros alunos como você, aqui na Docsity
Os melhores documentos à venda: Trabalhos de alunos formados
Prepare-se com as videoaulas e exercícios resolvidos criados a partir da grade da sua Universidade
Responda perguntas de provas passadas e avalie sua preparação.
Ganhe pontos para baixar
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Comunidade
Peça ajuda à comunidade e tire suas dúvidas relacionadas ao estudo
Descubra as melhores universidades em seu país de acordo com os usuários da Docsity
Guias grátis
Baixe gratuitamente nossos guias de estudo, métodos para diminuir a ansiedade, dicas de TCC preparadas pelos professores da Docsity
PROGRAMACAO DO CONTROLADOR DE EIXO
Tipologia: Notas de estudo
1 / 45
Esta página não é visível na pré-visualização
Não perca as partes importantes!
UNIJUÍ – Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul DeTec – Departamento de Tecnologia Curso de Engenharia Mecânica – Campus Panambi Trabalho de Conclusão de Curso
Autor: André Teixeira de Mello Banca Avaliadora: 1° Avaliador: Moacir Eckhardt 2° Avaliador: Márcio Antonio Hahn 3° Avaliador (Orientador): Prof. Pedro Andrighetto
iv
v
CLP = controlador lógico programável CN = comando numérico CNC = comando numérico computadorizado CPU = unidade central de processamento DC = corrente contínua LVDT = linear variables differential transformer (transdutor linear variável diferencial) MLDT = Magnetic linear differential transformer (transdutor magnético linear diferencial)
Historicamente os atuadores pneumáticos contaram com simples válvulas direcionais para o controle de seus movimentos. Estas válvulas estão totalmente abertas ou totalmente fechadas, e serviam simplesmente para estender, retrair ou segurar os atuadores associados a elas. Porém, com o grande avanço da microeletrônica e a crescente incorporação desta no controle dos sistemas pneumáticos este problema foi minimizado. Os sistemas de controle evoluíram e deixaram de ser inadequados na compensação das não linearidades provenientes da servo-pneumática. Agora o seu emprego tornou-se totalmente viável.
A concepção de servomecanismos exige características ótimas de precisão, velocidade, baixo custo e flexibilidade. Os sistemas pneumáticos possuem todos estes requisitos, além de ser simples e ter ação direta e robusta.
Com uma nova classe de atuadores controlados eletronicamente, a servo-pneumática é utilizada onde a pneumática não atende as exigências de flexibilidade e precisão, e onde a tradicional tecnologia de posicionamento eletromecânico se torna cara demais.
O estudo de servomecanismos pneumáticos é complexo quando comparado a outro tipo de servomecanismo. A alta compressibilidade do ar, baixa rigidez, baixa freqüência natural e propriedades de lubrificação inferiores conduzem a problemas de controle dinâmico. Por esta razão, muitas vezes este tipo de servomecanismo é associado a desempenho inferior quando comparado a outro tipo de servomecanismo.
A modelagem matemática deste sistema não faz parte do escopo deste trabalho, mas é importante para o desenvolvimento dos controladores e podemos dizer que o modelo matemático que descreve este sistema, envolve equações não lineares difíceis de resolver e
manipular. O comportamento não linear da força de atrito no atuador, e da vazão na servoválvula caracterizam a complexidade na obtenção de uma modelagem satisfatória.
O trabalho pretende mostrar os elementos que compõem o servo-mecanismo pneumático, suas principais características e aplicações, e principalmente o funcionamento e a programação do controlador de eixo FESTO. Com a forte tendência à manufatura automatizada, renova-se o interesse em servomecanismos pneumáticos.
A maior contribuição esperada deste trabalho, é prover as empresas da região de material de pesquisa de fácil compreensão, que permita um maior aproveitamento de todas as características positivas de sistemas pneumáticos de forma simples e aplicada. A montagem do sistema, a descrição detalhada dos procedimentos adotados e a avaliação dos resultados permitirão perfeito entendimento das características positivas e negativas do sistema estudado.
Para alcançar o objetivo proposto estudou-se manuais do controlador marca FESTO e literatura, e executou-se testes em bancada, observando os componentes, o funcionamento, a linguagem de programação, e a montagem do sistema de servo-posicionamento pneumático, validando o estudo dos conceitos teóricos realizados durante o trabalho. Coletado e avaliado os resultados dos testes para fornecer dados precisos aos potenciais usuários desta tecnologia. A avaliação na bancada consiste: na montagem dos componentes do sistema com a ligação correta de entradas e saídas, programação do controlador através da linguagem abordada no trabalho, e verificação da conformidade dos movimentos previstos. Os dados obtidos nos testes, permitem uma avaliação da confiabilidade deste sistema, e a sua precisão no posicionamento de peças e ferramentas, ou outra aplicação na industria.
1.. Organização do trabalho
O trabalho está organizado de maneira a permitir um perfeito entendimento por parte do leitor. Começa com uma descrição do assunto do trabalho e da sua organização, uma introdução à servo-pneumática e descrição dos componentes utilizados, aplicação de sistemas servo- pneumáticos, suas características, os benefícios com seu emprego, e alguns exemplos de utilização. Em seguida, o estudo detalhado do posicionador FESTO, seu funcionamento, forma e linguagem de programação, modificação dos programas, correção de erros, execução de testes, montagem mecânica, pneumática e eletrônica do sistema, e uma breve abordagem sobre a
Introdução
Neste item, são mostrados os subsistemas que compõem o servomecanismo pneumático, descrevendo-se suas principais características e formas construtivas. As principais aplicações deste tipo de mecanismo são também descritas, bem como suas limitações.
Procura-se mostrar as concepções mais modernas de componentes pneumáticos. O rápido desenvolvimento desta área faz com que estes cada vez tenham menor preço. Assim, a servo- pneumática terá uma maior difusão no meio industrial, o que não ocorre atualmente no Brasil.
Não podemos dizer que o controle pneumático variável nunca foi usado. Algumas empresas confiaram durante anos em dispositivos que usavam válvulas proporcionais pneumático
Praticamente todos os atuadores pneumáticos podem ser servo-controlados. Estes dispositivos têm ação robusta, simples, barata e direta. Requerem menos manutenção que outros sistemas concorrentes que normalmente requerem fusos, transmissões por correias ou caixas de engrenagens entre o atuador e a carga.
A servo-pneumática pode prover velocidades maiores que 2 m/s. Pesquisas mostram que até 65 % das tarefas de posicionamento requerem cargas de 0,9 – 11,3 kg. A precisão é um pouco menor que a das tecnologias concorrentes, mas consegue-se tolerância de ± 0,1 mm, correspondendo ao requerido para 70 % dos sistemas de posicionamento.
A tecnologia servo-pneumática é aplicada em sistemas onde não há necessidade de grande precisão no posicionamento, o que iria agregar custo e não valor ao dispositivo. As melhores aplicações para servo-pneumática são onde se requer:
Conhecendo as características de cada sistema de movimento inteligente, torna-se mais fácil escolher a solução mais adequada a um dado problema. A tabela 2.1 mostra as características de cada sistema.
Tabela 2.1 - Comparação das tecnologias de movimento inteligente [3]: Custo fixo
Velocidade Manutenção Capacidade de carga
Complexibilidade do sistema
Precisão Rigidez
Motor de passo Servo-motor Servo-hidráulica Servo-pneumática
B-M M-A A B
B-M B-A B-M M-A
M M A B
B-M B-M MA B-M
B-M M-A A B
M MA M-A M
M A MA M B = Baixa; M = Média; A = Alta; MA = Muito Alta
1. .1.. O servomecanismo pneumático
Um servomecanismo pneumático típico é composto pelos seguintes subsistemas:
SERVOVÁLVULA: é um componente que converte a energia de acionamento, geralmente de natureza elétrica, em energia pneumática, amplificando os níveis de potência. Isto é feito pelo controle preciso da vazão em resposta a um sinal de entrada.
ATUADOR PNEUMÁTICO: é o componente que converte a energia pneumática em mecânica e através do qual é alcançado o controle das variáveis de saída, que são: velocidade, aceleração, deslocamento, e força.
Figura 2.1 - Concepções de servoválvulas [2].
A figura 2.la mostra uma servoválvula comandada por motor de torque. Este sistema é bastante robusto, mas complexo e caro.
A figura 2.lb mostra uma servoválvula com sistema de bobina móvel como controle piloto. Esta concepção, enquanto necessita um pequeno consumo elétrico piloto, tem grande demanda de ar comprimido. O ar deverá ser livre de óleo e bastante limpo. A pressão deve ser constante sem variação para garantir o zero pneumático.
A figura 2.lc consiste de uma servoválvula com solenóide proporcional como elemento de controle é também robusta e possui alto consumo de energia elétrica.
A figura 2.ld mostra uma servoválvula de concepção diferente das convencionais. São válvulas de carretel rotativo, que permitem construções compactas, altas freqüências e respostas rápidas. Podem ser utilizadas no controle de precisão de pressão.
Muitas servoválvulas possuem um sistema de controle de posição do carretel. A posição, é continuamente medida e comparada com o sinal de entrada através de um controlador eletrônico. Neste caso, o amplificador eletrônico é disparado não diretamente pelo sinal de entrada na válvula, mas pelo sinal de saída do controlador. Esta concepção é mostrada na figura 2.2.
A realimentação de posição em servoválvulas é fator determinante para o sistema atingir bom desempenho em velocidade, precisão, repetibilidade, confiabilidade, baixa histerese e respostas rápidas.
Figura 2.2 - Servoválvula com realimentação de posição [2].
O carretel da servovávula é afetado por forças de atrito e escoamento. No caso de uma válvula sem realimentação de posição, a posição Y do carretel não é proporcional ao sinal de entrada E. Se a válvula incorpora um controle em malha fechada, isto compensa a influência das forças de atrito e escoamento. Estas válvulas são usadas em todos os casos onde uma máxima precisão é requerida.
Figura 2.3 – Válvula direcional de controle proporcional MPYE-5-M5-420B da FESTO [6].
Também, as servoválvulas do tipo acima descrito permitem controlar grandes e pequenas vazões volumétricas, dependendo da magnitude da abertura do carretel. Combina assim as vantagens de pequenas e grandes válvulas, Permitem ainda grande precisão na modulação do escoamento de ar, alcançando alta precisão de posicionamento nos atuadores.
1. .1...2... O Atuador Pneumático
Os atuadores pneumáticos utilizados neste trabalho são os cilindros sem haste de fita, uma nova concepção em atuadores. Sua grande vantagem é a economia de espaço, que pode ser reduzido a 50 % quando comparado a cilindros convencionais. Sua forma básica é mostrada na figura 2.4.
Figura 2.4 - Atuador pneumático sem haste [2].
Em função da ligação geométrica entre êmbolo e cursor, através da fita, é obtido um deslocamento guiado. Assim, o cursor move-se contrariamente ao êmbolo, alternativamente a cada lado onde o ar é aplicado.
A haste é substituída por uma fita de aço plastificada, solidamente fixada nas duas extremidades do êmbolo com perfil oval. A fita de aço alcança o lado externo do cilindro através de vedações especiais que garantem a estanqueidade e, guiada por dois rolamentos, arrasta um
filmes de plásticos condutores, reduzindo assim o desgaste entre as partes. Este é maior se o potenciômetro opera somente numa faixa pequena do seu curso. Quando usado, é necessário um cuidadoso projeto mecânico para reduzir os erros.
Figura 2.6 - Concepção do transdutor potenciométrico [2].
Outros tipos de transdutores são os LVDTs (Linear Variables Differential Transformer), o MLDT (Magneto-estrictivo) e os encoders, todos sem contato. O LVDT produz uma saída elétrica proporcional ao deslocamento linear de um núcleo. É composto de 3 enrolamentos e um núcleo móvel cilíndrico. Enquanto que o MLDT detecta a posição de um imã. Os encoders são transdutores digitais que na configuração mais simples, fornecem um número definido de pulsos por volta ou por unidade de deslocamento linear. Eles produzem um trem de pulsos digitais de 5 V DC que é enviado para um circuito eletrônico, podem ser absolutos ou incrementais, tipo tacômetro ou tipo quadratura.
1. .1...4... Controlador de eixo
Um controlador de eixo servo pneumático executa várias funções. A primeira é agir como um controlador de servo-loop dinâmico que continuamente monitora a posição atual do eixo e compara com a posição desejada. Qualquer discrepância resulta em um sinal de erro que é enviado à servoválvula para corrigir a posição do cilindro.
O controlador de eixo pode também funcionar como um controlador lógico programável (CLP). Para aplicações que requerem inteligência distribuída, ou onde o controlador é a única fonte de inteligência no sistema, que pode ser programado com código de instruções padrão da industria. Por exemplo, poderia ser programação por código G, encontrada na maioria das máquinas de CNC. Neste caso, são enviados comandos de posicionamento programados ao controlador para posicionamento de eixo.
A função final do controlador de eixo é a exibição do estado do eixo e um teclado complementar para programar e controlar a unidade manualmente.
Para sistemas que requerem movimento em mais de um eixo, um controlador de multi- eixos provê a capacidade para coordenar os controladores de eixo individuais.
Em algumas aplicações a instalação de um eixo simples não é suficiente, já que é necessário movimentar a ferramenta ou a peça em diversas direções. Neste caso, são usadas combinações de dois ou três eixos NC, como mostrado na figura 2.7.
Figura 2.7 – Combinação de eixos lineares.
