Clp-Inversor-Shcneider-Weg

Essa é uma das aplicações mais utilizada na indústria de um modo geral. A interação entre CLP, IHM e INVERSORES DE FREQUÊNCIA.

Aqui mostraremos uma aplicação típica para o controle automático de velocidade de um motor elétrico de indução trifásico através de um inversor de freqüência controlado por um clp. A mudança da velocidade será feita através de um ihm (interface homem máquina).

VEJAMOS A ARQUITETURA:

                                                                                                                     

    

                                           

                                            

                                                                                                                     

CLP:

O controlador utilizado nesta aplicação é um twidocae40drf do fabricante SHCNEIDER-ELETRIC.

Este controlador é do tipo compacto, ou seja, possue apenas entradas digitáis e saídas a relé.

Para se fazer o controle da velocidade é necessário que o controlador utilizado tenha um cartão de saídas analógicas. Neste caso foi adicionado ao controlador um módulo de saídas analógico também de fabricação Shcneider-Eletric.

IHM:

Como foi mostrado, o ihm nesta aplicação, um XBT-N400 também de fabricação SCHNEIDER-ELETRIC, funciona como o élo entre o operador e o sistema, pois é através do ihm que será escolhida a velocidade do motor elétrico.

Na tela do ihm será mostrado, todas as vezes que por ventura venha ocorrer, alarmes indicando falhas como:  Sobre-carga térmica, falta de fase e etc...

INVERSOR:

O inversor de frequência utilizado é um CFW08 para motores de até 2 cv do fabricante WEG AUTOMAÇÃO.

O inversor de frequência tão conhecido pelos profissionais da áres elétrica e de automação é o responsável pela mudança de velocidade do motor através do valor de frequência entregue ao motor elétrico, uma vez que a velocidade de um motor elétrico trifásico só poder ser alterada com a mudança de dois parâmetros: Frequência e numero de polos.

MOTOR:

O motor utilizado é um motor trifásico tipo gaiola do fabricante WEG AUTOMAÇÃO.

Nesse sistema de controle o motor elétrico é o elemento de saída, assim como uma válvula, um relé, uma lâmpada e etc...

Omitimos aqui especificações detalhadas sobre os equipamentos utilizados, uma vez que o objetivo maior é mostrar como se desenvolve essa aplicação. Mais dúvidas podem ser esclarecidas através do nosso e-mail de contato: engeletrojunior@hotmail.com

COMO FUNCIONA:

Utilizando o ihm como elemento de entrada será digitado pelo operador um valor que corresponde à velocidade em que se deseja que o motor opere. Em seguida basta acionar o botão liga(botoeira que não está localizada no ihm) que o motor funcionará com a velocidade estabelecida.

Quando o operador digitar o valor da velocidade o controlador saberá através das formulas matemáticas de velocidade de motores elétricos em função da frequência cedida ( esperamos  que você domine esse assunto) encontrará a frequência referênte a tal velocidade.

O controlador foi programado para forneçer na sua saída analógica um valor que varia de 4-20mA de corrente, esse valor está relacionado com a faixa de frequências suportadas pelo inversor.

Exemplo: Para o controlado que poderá fornecer de 4-20mA e um inversor com faixa de frequência de 0-300hz. Se 20mA forem fornecidos na entrada analógica do inversor o mesmo entenderá automaticamente que queremos que ele acione o motor com uma frenquência de 300hz. Claro que esses valore de corrente e frequência são convertido tando no controlador como também no inversor para valores compreendidos entre o número de bits de cada conversor. Por exemplo, nosso controlador possui em seu módulo de saída analógica um conversor com uma faixa de 12 bits, isso quer dizer 2 elevado a decima segunda potência que é o mesmo que 4095. Logo dessa forma podemos usar a faixa de 0-4095 no lugar de 4-20mA. Entendeu? Se não pare agora e tire suas dúvidas antes de proceguir.

Após o controlador calcular a frequência correspondente ao valor de velocidade digitado no ihm pelo operador  o mesmo irá enviar através da sua saída analógica para a entrada analógica do inversor um sinal da faixa que vai de 4 à 20mA.

O motor então acionará com a velocidade desejada .

A alteração da velocidade pode ser feita com o motor em funcionamento, não há problema algum pois o inversor possue controle sobre esse tipo de ação.

PROGRAMAÇÃO DO CLP:

É necessário que você tenha uma certa afinidade com o software de programação desse controlador. Esse soft está disponível no nosso blog assim como também seu manual de instruções.

NO LADDER:

Existe uma relação matemática que não iremos demostrar entre a frequência, o número de pólos, velocidade do rotor e o escoregamento.

                            N=(120.f.(1-s))/nº

Onde N = velocidade do rotor

F= frequência

S = escorregamento

Nº= númeoro de pólos

O escorregamento é basicamente uma valor percentual que nos mostra a discrepância relativa entre a velocidade do campomagnético girente no estator e a velocidade no rotor.

Dada pela seguinte fórmula:

                                  %s=(Vs-N)*100/N

Onde %s = escorrgamento percentual (S=100*%S)

Vs = velocidade síncrona

N= velocidade do rotor

Como o escorregamento permanece constante com a variação da frequência, então podemos aplicar a equação típica para encontrarmos a velocidade síncrona e substituírmos na equação do escorregamneto percentual.

                                         Vs=(120.f)/nº

Para um motor de 2 pólos operando em 60hz, temos:

                                         Vs=3600 (rpm)

Substituindo esse valor na equação do escorregamento, temos :

%s=(3600-3450)*100/3450= 4.3%

O valor 3450 é encontrado na placa do motor a ser utilizado.

Concluímos que o escorregamento é de aproximadamente  4%.

Agora podemos substituir esse valor na nossa primeira equação, lembrando se tirar o valor porcentual do escorregamento dividido-o por 100. Temos:

N=(120.f(1-0.043))/2=57.42f           f=N/57.42

Por fim relacionamos diretamente a frenquência em função da velocidade do rotor do nosso motor em questão.

Existem varias maneira de se programar um controlador para tal função, escolhemos aqui a maneira mais fácil.

Vejamos: Com obtemos a relação matemática entre a frequência e a velocidade para o nosso motor em questão, podemos perceber facilmente que para uma frequência de 0hz temos uma velocidade de0 rpm e para uma frequência de 300Hz temos uma velocidade de aproximadamente 17226 rpm.
Para facilitar nossos cálculos e e também facilitar a vida do nosso controlador vamos relacionar a faixa de velocidade com a faixa do nosso controlador, 12bits. Queremos dizer que para 0 rpm teremos 0 no conversor digital da saída analógica do nosso conversor e para 17226 rpm teremos 4095 no conversor que também corresponderá uma faixa de 0-300Hz para o nosso inversor.
Dessa forma a programação do controlador foi feita da seguinte forma:

Já que relacionamos a velocidade em função da faixa do conversor digital do nosso controlador você deve notar que se trata de uma função linear que relaciona as duas grandezas. Fazendo os cálculos você deverá encontrar o coeficiente da função. Na programação %MW0 é o coeficiente. Tendo o coeficiente qualquer valor de velocidade que será digitado no IHM será dividido por esse coeficiente e obteremos de maneira direta um valor correspondente à faixa do nosso conversor digital que se encarregará de converte isso em sinal de corrente e enviar para o inversor que por sua vez converterá em valores de frequência, foi o que fizemos em %QW1.0 que é endereço da nossa saída analógica.
%MW1 é o endereço do registro onde colocaremos o valor de velocidade través do IHM, assim como %MW0 também é um endereço de registro.
Não mostraremos toda a programação para essa aplicação pois o restante é apenas comandos de proteção, partida e parada. Caso queira receber por e-mail todo o programa para poder simular em casa é só manda um e-mail solicitando ou através de comentários.


PROGRAMAÇÃO DO IHM.


A programação do IHM escolhido é feita através do software Vijeo Designer Lite disponível no nosso blog.

Essa é a tela principal, acionando a tecla com a seta indicando para a direita visualizaremos a tela seguinte:

Acionando a tecla MOD podemos alterar a velocidade do motor. Observe que como estamos no modo de simulação com o software Vejeo Designer Lite aparece outra tela onde podemos visualizar o endereço do registro para onde será enviado o valor da velocidade selecionado pelo operador.

O inversor possui um sistema de controle próprio para garantir a segurança do motor. qualquer falha como sobrecarga térmica, falta de fase e outras. 

No momento em que o inversor detecta um falha o mesmo desliga o motor e acionada uma saída, normalmente a relê, que pode ser programada abrir  no momento da falha ou fechar  no momento da falha.

Caso ocorra alguma falha o inversor irá mostrar em sua tela principal o número do erro correspondente à falha. Todas as falhas e com suas respectivas indicações constam no manual do inverso. 

É importante que você tenha em mão os manual de operação e instalação de todos os componentes envolvidos na aplicação. 

Para receber o conteúdo total dessa aplicação entre em contato através do e-mail: engeletrojunior@hotmail.com

Edson Xavier.