Revista 04 - Wiki do IF-SC

Seção do LeitorNotíciasProblemas e Soluções459Evoluções daEletropneumáticaEntenda como a eletropneumática está se adequando às novasformas de comunicação em chão-de-fábrica que, em cadanovo produto, procura acompanhar os avanços que rondam omundo da Automação Industrial.12Manutenção de servomotoresSão inúmeras as razões pelas quais se tem adotado a utilizaçãodos servomotores síncronos e assíncronos trifásicos naindústria nacional. Neste artigo são levantadas algumas dasdúvidas mais freqüentes com que os profissionais de manutençãose deparam em seu dia-a-dia no campo.14Desmitificando a visão artificialnas aplicações industriaisEntenda como funcionam os sistemas de visão que, devido àgrande redução de custo que sofreram nos últimos tempos,tiveram um grande aumento no número de aplicações na indústria.17Comparação de sistemascom motores de passo e servomotoresCom motores de passo e servomotores competindo nas aplicaçõesindustriais, como decidir qual é o melhor? Veja nesteartigo o que é necessário levar em conta para fazer uma escolhainteligente.20Imunidade a interferência porradiofreqüênciaA RFI (Radio Frequency Interference) é um sério problema deEMI (Electromagnetic Interference) para os equipamentos eletrônicosmodernos. Conheça os níveis e modos de falhas e as principaistécnicas de proteção contra este problema.27Arquiteturas de sistemasde Automação Industrial utilizando CLPsEste artigo faz uma abordagem sobre os aspectos de comunicaçãode dados para arquiteturas comumente utilizadas emautomação de plantas de processos industriais empregandoCLPs.32ÍndiceControladores de movimentoO crescente aumento do uso de servo-acionamentos e inversoresde freqüência em máquinas de processos dedicados,fizeram surgir os controladores de movimentos, que são equipamentosdesenvolvidos para automação de máquinas quenecessitam de controle de posição, de trajetória, de velocidadeou torque.37Princípios dos motores linearesO motor linear nada mais é do que uma massa com propriedadesmagnéticas que é atraída ou repelida por outra e restringida aandar em trilhos. Veja por que, apesar de simples no seu funcionamento,os motores lineares vêm ganhando destaque nas aplicaçõesindustriais.40Aterramento ElétricoEste artigo mostra os aspectos básicos das normas, problemase soluções, bem como o processo de tratamento químicodo solo.43Analisadores porcondutibilidade térmicaA análise por condutibilidade térmica consiste em medir a condutibilidadetérmica de uma amostra, relacionando-a com a concentraçãode um determinado componente no gás em análise.Conheça os dispositivos capazes de realizar esta análise.46Aplicações de redes RS-485Descubra qual o segredo da popularidade da rede de comunicaçãoRS-485, cujas aplicações se estendem desde a integraçãode pontos de venda e terminais de coleta de dados até aplicaçõesde alto desempenho em Automação Industrial.50Medidores de deformaçãoO medidor de deformação (strain gauge) é muito utilizado paramedições de grandes massas ou monitoramento de estruturasem construção ou em restauração, face a sua confiabilidade,precisão e sensibilidade. Entenda seu princípio defuncionamento, suas aplicações e os critérios para escolha domelhor sensor.54Como aplicar inversores defreqüênciaConheça os aspectos mais importantes a serem consideradosna utilização de inversores de freqüência, tais como quandoutilizar sistemas escalares e vetoriais, características gerais eparâmetros que devem ser considerados no efetivo empregode inversores.58

Editora Saber Ltda.DiretoresHélio FittipaldiThereza M. Ciampi Fittipaldiwww.mecatronicaatual.com.brMecatrônica AtualEditor e Diretor ResponsávelHélio FittipaldiEditor AssistentePaulo Gomes dos SantosPublicidadeEduardo Anion - GerenteRicardo Nunes SouzaCarla de Castro AssisMelissa Rigo PeixotoConselho EditorialAlexandre CapelliJuliano MatiasNewton C. BragaColaboradoresAlaor Mousa SaccomanoAugusto OttoboniCarlos Henrique C. RalizeGilberto Abrão Jana FilhoGilberto BrancoJeff KordikJosé Ricardo da SilvaMário Sérgio Di GraziaOsmar BrunePaulo Cesar de CarvalhoPaulo Eduardo PansieraRonei RossetiSérgio VieiraWendell de Queiróz LamasFoto da capa: sala de controle da PQUASSINATURASwww.mecatronicaatual.com.brFone/Fax: (11) 6195-5335Atendimento das 8:30 às 17:30 hImpressãoW.RothDistribuiçãoBrasil: DINAPPortugal: MidesaMECATRÔNICA ATUAL(ISSN - 1676-0972) é uma publicaçãoda Editora Saber Ltda.Redação, administração,edições anteriores, publicidade ecorrespondência:R. Jacinto José de Araújo, 315CEP.: 03087-020 - São PauloSP - BrasilTel.: (11) 6195-5333EditorialAberta a temporada de eventosComeçou a temporada de feiras e eventos no Brasil sobre automaçãoindustrial. Há encontros para todo o tipo de público, desde osengenheiros mais experientes até aqueles que estão começando acarreira agora. Uma característica similar nesses eventos, que cadavez mais toma corpo, são os encontros promovidos por fabricantesjunto com seus parceiros de projeto. Foi o que já fizeram nesse anoempresas como Rockwell, Altus e Advantech. Esse tipo de reuniãoparece que está se tornando uma boa alternativa para as empresas,ao invés de participar de várias feiras durante o ano.Uma das notícias que está sendo aguardada com muita expectativapelo setor é a compra da Intellution pela GE Fanuc. Quasetodo o setor de automação já sabe da compra da empresa pelosbastidores, mas, por enquanto, todos os detalhes estão sendoguardados pela matriz norte-americana que deixou a América doSul como último lugar para o anúncio oficial. Nesse campo daautomação também há a expectativa quanto a atuação da Wonderwareno Brasil.Dentro da proposta de contemplar, na revista, a automação deprocessos, nesta edição você vai conferir os artigos “Analisadorespor condutibilidade térmica” e “Arquiteturas de sistemas de automaçãoindustrial utilizando CLPs”, (o sucesso ou fracasso de umprocesso de automação, na maioria das vezes, é definido já naelaboração de sua arquitetura.)Como foi dito na edição passada, estamos trabalhando numarevista que seja a cara da automação industrial brasileira. Cadadetalhe na revista está sendo estudado para criarmos um veículoque seja o palco de discussão de engenheiros, técnicos, gerentese diretores.E para continuar melhorando, é importante que continuemoscontando com a participação dos leitores com críticas, sugestõese até mesmo artigos técnicos. A idéia é que a revista não seja um“clube fechado”, mas que tenha a participação do maior númeropossível de profissionais da área dispostos a compartilhar idéias einformações. Portanto não fique parado e participe!Empresa proprietária dos direitos dereprodução:EDITORA SABER LTDA.Associado à:ANER - Associação Nacional dosEditores de RevistasAtendimento ao leitor: a.leitor.mecatronicaatual@editorasaber.com.brANATEC - Associação Nacional dasEditoras de Publicações Técnicas,Dirigidas e Especializadas.Os artigos assinados são de exclusiva responsabilidade de seus autores. É vedada a reprodução totalou parcial dos textos e ilustrações desta Revista, sob pena de sanções legais. São tomados todos os cuidadosrazoáveis na preparação do conteúdo desta Revista. Caso haja enganos em texto ou desenho, serápublicada errata na primeira oportunidade. Preços e dados publicados em anúncios são por nós aceitos deboa fé, como corretos na data do fechamento da edição. Não assumimos a responsabilidade por alteraçõesnos preços e na disponibilidade dos produtos ocorridas após o fechamento.www.anatec.org.br

NotíciasAtualMecatrônicaNotíciasSérgio VieiraA GE Fanuc compra a Intellution e segura divulgaçãoA GE Fanuc, braço de automaçãoindustrial do Grupo GE, completoua aquisição da Intellution,uma das maiores empresas domundo em softwares para automaçãoindustrial. A notícia da aquisiçãoestá sendo tratada com cautelapelas duas partes envolvidas naoperação.A América do Sul será o últimopaís a saber os detalhes oficiais daaquisição. De acordo com um engenheiroda GE, a estratégia é divulgaros detalhes da operação nosEstados Unidos, depois na Europa,em seguida será a vez da Ásiae, em meados de julho ou Agostodeste ano será a vez da Américado Sul. Por esse motivo, ninguémcomenta nada a respeito da aquisiçãopara a imprensa brasileira.Ex-divisão do Grupo Emerson Process,a Intellution possui mais de 185mil instalações de sistemas supervisóriosem todo o mundo. No Brasil, seuprincipal produto, o iFix, está presentenos mais variados segmentos industriaise, muitas vezes, é escolhidocomo sistema preferencial mesmo emfornecimento de projetos turnkey deautomação, onde concorre com sistemasde outros fabricantes. Nos EstadosUnidos suspeita-se que o nomeIntellution será mantido. Fala-se emuma nova empresa chamada: GEFanuc Intellution.“A aquisição da Intellution é parteda estratégia global do crescimento daGE e combina as tecnologias queaumentam benefícios aos clientesem torno do mundo. A comunidadeworldwide do manufacturing podeesperar as novas tecnologias quemudarão e melhorarão a maneiracomo nós fazemos o negócio”,disse Charlene Begley, presidenteda GE Fanuc, em entrevista nosEstados Unidos.Na mesma reportagem, usuáriosamericanos de automação acreditamque a compra da Intellution pelaGE possibilita oportunidades semprecedentes no ambiente industrial.Eles vislumbram a oportunidade decomprar sistemas de supervisãocompletos dentro de um pacote defornecimento global pela GE.A Astrein investe em atualização tecnológicaApós investir R$ 1,5 milhãoem 2002, a Astrein Engenharia deManutenção espera obter neste anoum crescimento de 25%. Boa partedos investimentos foram direcionadospara atualizar o Sistema Informatizadode Manutenção - SIM,importante linha de negócios daempresa.De acordo com o diretor, MarceloÁvila Fernandes, a primeiraversão do SIM foi desenvolvida em1986 e ao longo dos anos recebeudiversas atualizações, conquistandouma carteira de mais de 450 clientesdos mais diversos setores (alimentos,petroquímica, eletroeletrônica,gráfica, autopeças, telecomunicações,metalurgia, comunicações,têxtil, farmacêutica, entre outros).“A aquisição de produtos prontospara gerenciamento de manutençãode ativos e a terceirização de serviçosna área de manutenção eraum passo dado exclusivamente poralgumas empresas com alto grau deautomação e hoje se dissemina emempresas de pequeno e médio porte,abrindo as portas de um grande mercado”,afirma.De olho nesse mercado promissor,a Astrein definiu nova linha denegócios para atuar com serviços dePlanejamento e Controle de Manutenção(PCM). “Com esse novo serviço,a empresa cresceu 65% entre 2000 e2002 e prevê um aumento no faturamentode 25% em 2003 sendo o serviçode PCM responsável por 30%”,calcula.O Sistema Informatizado deManutenção é voltado para atividadesde planejamento, programaçãoe controle de manutenção emequipamentos móveis, equipamentosestacionários, veículos e instalaçõesprediais, possibilitando ocontrole de qualquer tipo de manutenção,seja ela corretiva, preventivaou preditiva. “O SIM proporcionaredução de custos de manutenção,das paradas dos equipamentos, dotempo de detecção de falhas, dosgastos com terceiros, do estoque desobressalentes, gerando aumentoda produtividade da mão-de-obra,maior simplificação e agilidade nostrabalhos administrativos, indispensáveispara as empresas com ISO9000 e QS 9000”, conclui.Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003 5

NotíciasAtualEncontro Brasil-Áustria de automação em SBCMais de 100 profissionais, executivose acadêmicos ao 3º WorkshopAustrian-Brazilian Automation Day,promovido pelo Centro Universitárioda FEI - Faculdade de EngenhariaIndustrial. O foco do evento foi a discussãoem torno da automação naspequenas e médias empresas brasileirase sua inserção no mercadoglobalizado.Peter Athanasiadis, cônsulcomercial da Áustria, elogiou a iniciativae ressaltou a importânciada troca de conhecimentos entreos dois países. “A Áustria possuimuitas empresas de pequeno emédio porte e, estas, tiveramgrande dificuldade em se atualizar”,disse. Elfriede Rommens, representantedo Ministério de Transporte,Inovação e Tecnologia daquelepaís, lembrou que há 30 anoso governo austríaco percebeu anecessidade de cooperação entreuniversidades e empresas parao desenvolvimento tecnológico e,desde então, apóia encontros tecnológicose fornece suporte parapesquisa, projetos corporativos edesenvolvimento de centros deexcelência locais.Entre os temas das palestrasque fizeram parte do evento destacam-se:robôs, prototipagem rápida,educação à distância, automaçãopredial e residencial integrada, técnicasde monitoramento e controladoreslógicos programáveis. PeterKopacek, professor doutor do IHRTInstitute, órgão da Universidade deTecnologia de Viena, acredita queos principais problemas do Brasilsão a falta de mão-de-obra especializadae recursos para tecnologia eNotaA Usina Coimbra-Cresciumal(Leme/SP) instalou um medidor dedensidade para manter o nível energéticode xarope durante o processode evaporação. O equipamento, DT301,fabricado pela Smar, foi instalado noano passado e de acordo com o corpotécnico da Usina, tem se mostradouma ferramenta valiosa na obtençãode resultados precisos no controle dexarope.desenvolvimento. Kopacek contou queo parque industrial austríaco é compostode pequenas e médias empresasque utilizam redes neurais, complexossistemas de automação e robótica.Carlos Eduardo Pereira, professorda Universidade Federal do RioGrande do Sul, e Paulo Coviello, diretorde Soluções da Siemens Brasil,apresentaram palestras sobre os problemasna automação predial e resi-A Wonderware desembarca no BrasilA Wonderware, unidade de negóciosdo Grupo Invensys e fornecedorade softwares de automaçãoindustrial, está desembarcando noBrasil para dar suporte ao crescimentodas vendas dos seus produtos,como o InTouch, carro chefe daempresa. “Independentemente dainstabilidade global, a Wonderwaredecidiu expandir suas operações,atendendo a solicitação dos usuáriosde nossos produtos, e temoscerteza de que esta decisão estáno caminho certo para continuarcrescendo”, comenta Andres Szlufik,diretor regional para o Mercosul.No comando da WonderwareBrasil está o engenheiro EduardoLima, profissional com mais de 15anos de experiência na área deautomação industrial e um dos pioneirosem diversos projetos envolvendosistemas de supervisão edencial, além de suas soluções deintegração. Foi discutida a presençade vários sistemas e protocolos presentesno mercado que impedemo desenvolvimento de uma automaçãopredial e residencial integrada.Os dois palestrantes lembraram quea integração na automação reduzcustos operacionais, aumenta a produtividadee melhora o controle eacesso às informações.O evento discutiu automaçãode pequenas emédias empresas.controle industrial.O mercado será atendido pelaunidade brasileira da Wonderwareem conjunto com o distribuidorautorizado Scan Automação quecontinuará responsável pela comercialização,suporte e treinamentodos usuários finais. “A Scan introduziuos produtos da Wonderwareno Brasil conquistando uma baseextensa de clientes importantes eum market share expressivo atravésde um atendimento diferenciado”,conta Fontinele da Silva, diretor daScan Automação.“Com a oferta constante deinovações tecnológicas que garantemao usuário proteção total deseu investimento, temos confiançano futuro da Wonderware e nossaexpectativa é expandir e consolidarnossa posição no mercado brasileiro”,afirma Eduardo Lima.Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003 7

AtualNotíciasIntrodução à Automação e à Robótica“Automação de Sistemas e Robótica”é um livro para introduzir oleitor em um segmento de crescenteimportância e aplicação naindústria moderna. As diversas áreasque abrangem o estudo da Robóticaincluem Eletrônica, Informática,Mecânica, Física e Matemática. Otrabalho, elaborado por FernandoPazos, aborda principalmente osconceitos da Robótica aplicada àindústria, estuda a estrutura dos sistemasautomatizados, seu comportamento,seus componentes básicos,elementos e dispositivos utilizados,além de programas simples de controlede sistemas.Em cada capítulo são abordadosos seguintes tópicos: introduçãoà automação, controle desistemas, interfaceamento, transdutorese atuadores empregados emRobótica, mecanismos de transmissãode potência, robôs manipuladorese sistemas de visão.O autor é engenheiro eletrônico e,desde 1993, é coordenador do Laboratóriode Robótica do Instituto deTecnologia ORT do Rio de Janeiro,onde projetou e desenvolveu diversosrobôs e sistemas automatizadoscontrolados por computador, alémde interfaces e programas com finsdidáticos. Ministra cursos de extensãosobre Controladores LógicosProgramáveis no COPPE (UFRJ) eé colaborador da revista “MecatrônicaAtual” desde outubro de 2001.Rockwell realiza “Complete Automation” e divulga metasRepetindo a filosofia do eventopassado - Integração com autonomia- a Rockwell Automation realizoumais uma edição do CompleteAutomation, evento que reuniu 12laboratórios práticos direcionados ausuários das indústrias de processoe manufatura. “É a integração independente”,diz Danilo Talanskas,presidente da subsidiária brasileira.“As unidades têm autonomia nacondução dos negócios, mas trabalhamcomo um todo para o cliente”.Essa filosofia também serviu paraque a Rockwell desenvolvesse produtospara o cliente ter mais liberdadepara construir ou modificarsistemas de automação. É o caso doControlLogix, sistema que combinacontrole seqüencial, de processo ede posição junto com comunicaçãode entrada e saída de sinais. O ControlLogixfoi uma das ênfases dadaspela Rockwell nos laboratórios utilizadospelos usuários.A multinacional americana apresentoutambém suas metas para aparte de Serviços. Em nível mundial,o objetivo é ter 25% da receitaproveniente dessa área, hoje, essacota é de 12%. Na subsidiária brasileira,o setor de serviços respondepor 30% da receita. .De acordo com Talanskas, a estratégiapara alcançar os números acimacitados é alavancar a base instaladaelevando o conhecimento para o ERP(sistemas de gestão). Bem, na prática,significa que, cada vez mais, a Rockwellterá soluções para facilitar o trâmite deinformações entre o chão-de-fábrica eos níveis gerenciais de seus clientes.Uma dessas soluções foi lançadano ano passado. Trata-se de um controladorlógico que possui um módulo XMpara permitir a entrada para dados demanutenção. Além disso, a Rockwelltambém tem direcionado fortes investimentospara a área de software com acompra de várias empresas.Outra estratégia da empresa éinvestir mais no capital humano internopara ter um diferencial no mercado.Hoje, a Rockwell possui especialistaspor funcionalidade de cadaproduto. Também foram nomeadosengenheiros de vendas que coordenamas vendas nacionais porcliente. Nesse sentido, dois engenheiroscoordenam as vendasnacionais de produtos Rockwellpara a Petrobrás e a CompanhiaVale do Rio Doce. Por ano sãoinvestidos no Brasil US$ 2 milhõesem produto e treinamento.O presidente da Rockwell nãosoube informar quanto a empresacresceu na indústria de processo,após ter obtido licença para fabricarprodutos na tecnologia FoundationFieldbus. “Temos uma metaque não pode ser divulgada na parceriacom a Smar”.Talanskas (à esquerda) aolado do americano MichaelJohnston, diretor de Marketingpara a América Latina.8Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003

...SoluçõesAtualProblemas eSoluçõesProblema de comunicação em Rede Modbus RS-485Paulo César de CarvalhoEste problema ocorreu em umarede modbus de uma usina hidrelétricano momento da implantação darede em campo. Para explicar o queaconteceu, vejamos a arquiteturada rede, na figura 1, no momentoda implantação em campo do sistema.A rede modbus RS-485 do canal“A”, formada por 9 medidores degrandezas elétricas, todos domesmo fabricante, funcionava normalmente.A rede do canal “B”apresentava taxas de erro muitoelevadas e praticamente não haviacomunicação. Para esta rede observeique, quando somente as UTRsou somente os single-loops estavamconectados, a rede operavanormalmente. Constatei que haviaalguma incompatibilidade entre ohardware das UTRs e o hardwaredas single-loops e passei a investigaro motivo de tal fato.Para descobrir o que estavaocorrendo, reprogramei a placamestremodbus para interrompera comunicação do canal “B” e, aseguir, desconectei todos os dispositivosescravos conectados àrede e, na seqüência, conectei umde cada vez. Para cada dispositivoconectado, media a tensão da linha“D+” para a terra e “D-” para aterra. Anotei todos os valores etambém fiz a mesma coisa para osdispositivos do canal “A”. Verifiqueique o grupo das UTRs apresentavavalores semelhantes de D+/ terra.Porém, no grupo das single-loops,a diferença entre estes valores eramaior que 3 V e, tipicamente, estadiferença não pode ser maior que3 V para equipamentos que estão namesma rede.Comparando com os valores deD+/ terra dos MGEs, comprovei quea diferença do D+/ terra dos singleloops era da ordem de 1 V. Transferios single loops para a rede dosMGEs no canal “A” e todos os dispositivoscomunicaram-se normalmente.ConclusãoApesar do protocolo de comunicaçãode todos os equipamentos sermodbus e a forma de ligação sera mesma (RS-485 a 2 fios), poderáhaver incompatibilidade elétricaentre hardwares diferentes devido àdiferença de referência dos drivesRS-485. A solução, neste caso,será preferencialmente evitar misturar,na mesma rede, hardwaresdiferentes. Quando isso não forpossível, verificar antecipadamentea compatibilidade entre elescom a medida da tensão D+ emrelação ao terra e D- em relaçãoao terra com o mestre sem comunicação,conforme procedimentodescrito anteriormente. Este procedimentodeve ser feito alimentando-setodos os dispositivoscom a mesma tensão utilizada emcampo.Figura 1 - Rede MODBUS naimplantação do sistema.Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003 9

AtualProblemas e...Defeito em contatores...Contatos e contatos!Alaor Mousa SaccomanoO segundo grande grupo depossíveis defeitos em contatoresse relaciona aos contatos. Estesestão sempre submetidos a forçasde impacto e deformação, além demanobras de carga que geram altosarcos voltaicos.O poder de ação de um contatose deve basicamente à geometriado mesmo e à composição de suasligas, que podem ser na maior partedos casos: AgNi, AgCdO ou AgSnO 2além, é claro, da presença de cobre(Cu) sobre os mesmos. Continuaremosnossa análise observando osprincipais defeitos encontrados emcontatos.Subtensão ou intermitência dealimentação na bobinaNa ocorrência de tensões baixasou variação dos valores nominais dealimentação, provoca-se a diminuiçãoda capacidade de “atracamento”do contator. Com o enfraquecimentoda ação de contato entre os contatosfixos e móveis, devido à falta deforça magnética na bobina, há umaacentuada elevação das correntesdo circuito de força do mesmo, provocandoa queima dos contatos.Erros de dimensionamento, cabosmuito longos e problemas dedistribuição são constantes causasdeste defeito.Figura 1 - Queima de terminalmal conectado.Danificação da parte externado contatorSobretensão e impulsosde tensãoMuitas vezes têm-se, nos circuitose redes, variações de tensão, emalguns casos ocasionadas por baixofator de potência, mas na maioria dasvezes por oscilações e picos de tensão.Essas variações provocam no circuitode força sobrecorrentes que superaquecemos contatos, levando conseqüentementeà queima dos mesmos.Falta de faseSe ocorrer falta de uma das fasesdo motor energizado por um contator,ele tenderá a continuar seu movimento,provocando a sobrecarga dasfases restantes e a conseqüentequeima dos contatos ligados nas fasessobrecarregadas.Pode-se evitar este tipo de problemaatravés de um adequado dimensionamentodos sistemas de proteção,basicamente fusíveis retardados.Má conexãoParafusos, quando apertados comtorque abaixo do especificado, provocamo mau contato das conexõesque se tornam sujeitas ao aumento daresistência de contato, levando à dissipaçãotérmica nos mesmos - contatos,parafusos, arruelas e terminais. Aqueima ocorre lenta e gradualmente(veja figura 1), com a descoloraçãovisível das partes envolvidas. Essesdefeitos podem ocorrer no circuito deforça ou de comando. Manutençõespreventivas, com reaperto dos terminaisbaseados em valores de torquecorretos, evitam este problema.à total danificação dos contatos,passando pela sensível diminuiçãoda vida útil, são os maisdiversos efeitos ocorridos pelodesrespeito às categorias deemprego (IEC 947).Curto-CircuitoA soldagem dos contatos (colamento)é provocada pelo aumentorepentino da corrente nos mesmos.Em alguns casos, pode-se ter tranferênciade material entre os contatosfixo e móvel. Dimensionando-seo fusível corretamente, com certezaeste problema é evitado, poisele atuará nos momentos de falhade curto-circuito e sobrecorrenteexcessiva.Fim da vida elétrica-mecânicaou vida útilNesta situação, os contatos deforça soldam-se, impedindo a aberturado circuito. Isto ocorre devidoao envelhecimento e desgaste dosmesmos. A troca do contator se fazentão necessária (figura 2).Queima dos contatosCabeçote móvel intactoQueima doterminal malconectadoErro de dimensionamentoquanto a categoria de empregoA falta de observação quantoao limite de corrente, número demanobras por hora e valores decorrente conforme a carga estabelecida,é uma grande fonte paraos mais diversos defeitos em contatosde contatores: do colamentoFigura 2 - Fim da vida útil.10Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003

...SoluçõesAtualProblema com ferramenta posicionadoraJosé Ricardo da SilvaFoi solicitado ao setor de ferramentariade uma empresa, aconstrução de um dispositivo detransferência de peças obedecendoas seguintes condições, mostradasna figura 1:- Retirar a peça da esteira 1;- Colocar a peça na esteira 2;- Possibilidade de parar na posiçãointermediária;- Distância entre o centro daesteira 1 e o centro da esteira 2: 1,2m;- Peso da peça 0,820 kg.o deslocamento de uma esteira paraa outra. Como resolver isto? O sistemaem questão era comandado porCLP e com uma simples alteração noprograma o problema foi solucionado.Pedi mais detalhes sobre o funcionamentodo dispositivo e fui informadoque, no fim do expediente, oatuador rotativo podia ficar paradotanto na esteira 1 quanto na esteira 2.Com base nesta informação, fizemosa seguinte alteração no programa:Utilizando um flag de inicialização(“contato” interno do CLP que é ativadosomente na primeira varredurado programa), o sistema confirmaa posição do atuador semi-rotativoatravés dos sensores de fim-decurso.Sabendo em que posição oatuador se encontra, a válvula direcionalé acionada para confirmar aposição do atuador, sem produzirnenhum movimento, pressurizandoassim a câmara que terá o ar deescape controlado durante o primeiromovimento. Um timer garanteo tempo necessário para que apressão de trabalho seja alcançadana câmara, antes de habilitar a partidado sistema.O problemaSempre no início do dia, o primeiromovimento do sistema erafeito com violência, sem a açãodas válvulas controladoras de fluxo.Foram realizadas várias tentativasde ajuste na velocidade através dasválvulas controladoras de fluxo semsucesso.A parte do circuito que apresentouproblema (representada nafigura 2), estava em perfeito estado:um atuador semi-rotativo com válvulascontroladoras de fluxo queregulam a velocidade do atuador,comandado por uma válvula direcionalde três posições, sendo a posiçãode centro fechada para paradaintermediária, a posição com assetas paralelas deslocando o atuadorpara esteira 1 e a posição com assetas cruzadas deslocando o atuadorpara a esteira 2. Foram tambéminstalados amortecedores hidráulicosnos finais de curso para absorvero impacto gerado pela inércia domovimento.A regulagem é feita por meio doestrangulamento do ar de escapedurante o movimento a ser controlado.Neste caso, depois de horascom o sistema parado, as câmarasde ar do atuador que estavam bloqueadaspela posição central da válvuladirecional, perdiam pressão e,no dia seguinte, no primeiro movimento,não havia ar pressurizadonas câmaras para permitir a ação daválvula controladora de fluxo duranteFigura 2 - Parte docircuito queapresentou problema.Figura 1 - Condiçõesdo dispositivo.Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003 11

AtualReportagemEvoluçõesda EletropneumáticaFruto de um refinamento datecnologia pneumática, aeletropneumática está adequando-seàs novas formas de comunicaçãoem chão-de-fábrica e, emcada novo produto, procura acompanharos avanços que rondam omundo da automação industrial. Deacordo com Celso Vicente, presidenteda Câmara Setorial de EquipamentosHidráulicos, Pneumáticos e de Automaçãoda Abimaq - Associação Brasileiradas Indústrias de Máquinas eEquipamentos as principais mudançasda eletropneumática acontecemmuito mais do lado da eletrônica queda pneumática propriamente dita.Ele cita como exemplo a incorporaçãoda eletropneumática às redesde comunicação digital em chão-defábrica:Profibus, DeviceNet, Interbus,Asi-Bus e outras. A partir dessa integraçãonovos campos se abriram paraa velha e conhecida pneumática, assimcomo para as próprias redes de controledigital. Para Vicente é importanteque a comunidade técnica entendaessas evoluções da tecnologia pneumáticae observe como ela tambémacompanha as evoluções da mecânicae da hidráulica. “Temos visto incorporaçãode várias funções da eletrônica”,complementa Ana Cláudia Fukushiro,responsável pela área de marketingda Festo Automação.“A comunicação eletropneumáticaem fieldbus tem mais de dez anos”,lembra Daniel Ribeiro Gonçalves,gerente da Divisão Pneumática daBosch Rexroth. Assim como Vicente,ele considera uma evolução importanteporque a pneumática acompanhatodas as tecnologias desenvolvidas noambiente fieldbus. É o caso das ferramentasde diagnóstico que possibilitamsaber o status de instrumentospneumáticos.Ainda no campo da comunicação,a eletropneumática, recentemente,também passou a se comunicar emredes de fibra ótica. Segundo DanielGonçalves, a Bosch Rexroth já possuiSérgio Vieiraprojetos nessa tecnologia que foramempregados na fábrica da Audi, emSão José dos Pinhais (PR).A eletropneumática é empregadano mercado tanto por usuários finaiscomo por desenvolvedores de máquinase equipamentos. De acordo comVicente, ela possui uma área deaplicação muito bem definida, nãohavendo assim, uma concorrência tãoacirrada no mercado. “Geralmente,quando se usa a pneumática estáse buscando um custo menor, mastambém com menor precisão nasparadas. Já a hidráulica tem customais alto, mas possui maior forçamotriz e melhor precisão”, diz Vicente,que também é gerente de marketingda Divisão Automation da Parker Hannifin..Apesar de todo o refinamento decontrole presente em sistemas digitaisou da precisão encontrada em equipamentoshidráulicos, a automaçãopneumática é, ainda hoje, indispensávelem várias partes da indústria. Elaé empregada, inclusive, em áreas críticasonde deve-se evitar ao máximoCelso Vicente: “Eletropneumática possuiárea de aplicação bemdefinida.”o uso de equipamentos elétricos. Éo caso das áreas classificadas, ouáreas de segurança intrínseca, ondeo risco de explosão deve ser próximode zero.Enquadram-se como áreas desegurança intrínseca as termelétricasa gás natural ou bagaço de cana, centrosde produção de botijões de gás,caldeiras, tanques de armazenamentode combustível, etc. A Petrobras, porexemplo, possui vários projetos deautomação de áreas classificadas enão abre mão da tecnologia pneumática.É importante lembrar que a pneumática(acionada por solenóide) oua eletropneumática (acionada porcomando elétrico) são bastante robustase tornam-se insensíveis a vibraçõese golpes de ações mecânicas dopróprio processo. Podem ser empregadasem ambientes agressivos ondehá a presença de poeira, oscilaçõesde temperatura, umidade e até submersãoem líquidos (quando projetadacorretamente). A pneumática trazainda vantagens quanto à facilidadede operação e manutenção de seuscomponentes.Assim como as demais tecnologias,a pneumática também traz suaslimitações. Entre elas destacam-seas altas velocidades, a difícil obtençãode velocidades uniformes e paradasintermediárias e limite de pressãomáxima de 1723,6 kPa. Basicamente,existem quatro métodos de construçãode circuitos pneumáticos: intuitivo,minimização de contatos (seqüênciamínima), maximização de contatos(cadeia estacionária) e circuito lógico.Em um circuito, a parte pneumáticarepresenta o acionamento das partes12Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003

ReportagemAtualmecânicas, enquanto o circuito elétricorepresenta a seqüência decomandos dos componentes pneumáticospara que as partes móveisdas máquinas ou equipamentos apresentemos movimentos finais desejados.EM SINTONIA COM O FUTUROJá não é de hoje que o mundocaminha para a eliminação de cabos,seja lá onde eles estiverem instalados.No ambiente de chão-de-fábrica nãopoderia ser diferente. Sendo assim,é comum encontrar equipamentoscomunicando-se em uma célula atravésde cabos e enviando dados parasalas de controle pelo sistema wireless.Só para citar um exemplo, estarealidade já é presente em vários projetosdas empresas de saneamento,onde, as estações elevatórias comunicam-secom os centros de operaçõesvia wireless.Com a eletropneumáutica nãopoderia ser diferente e os primeirosequipamentos com envio de sinal emwireless já começam a aparecer nomercado. Diferentemente dos CLPse das IHMs, que incorporaram o protocolo802.11, a eletropneumáuticavai aparecer no mercado de automaçãocomunicando-se através doprotocolo Bluetooth, padrão de curtoalcance e baixo custo. Com essatecnologia, os usuários industriaisde eletropneumática poderão criarredes com até oito dispositivos interligados,sendo um deles o mestre eos outros os escravos. Geralmente,nas aplicações com Bluetooth váriasredes independentes e não sincronizadaspodem se sobrepor ou existirna mesma área. Um sistema dispersochamado scatternet é responsávelpela reunião de váriasredes sobrepostas onde um grandenúmero de dispositivos podem secomunicar.No que diz respeito a colisões dedados, a eletropneumáutica deverásair beneficiada por comunicar-se natecnologia Bluetooth. É que cadacanal desse protocolo está associadoa uma espécie de “sub-rede” e éidentificado pela seqüência de freqüênciase pelo relógio do dispositivomestre. Como esse dispositivo éresponsável pelo controle de tráfego,são permitidas apenas comunicaçõesponto-a-ponto entre mestre e escravo,ou ponto a multiponto também nomodo mestre/escravo.Mas, apesar da novidade interessante,os usuários deverão esperarpelo menos uns três anos para ver aArquitetura Bluetooth.cativas aconteceu quando as válvulaspassaram a ser montadas emtrilho Din adequando-se ao padrãode montagem encontrado na indústria.“Cada vez mais, os produtosestão caminhando para uma modularidade”,diz a gerente de marketingda Festo.“Geralmente, quando se usa a pneumática estáse buscando um custo menor, mas também commenor precisão nas paradas. Já a hidráulica temcusto mais alto, mas possui maior força motriz emelhor precisão”tecnologia empregada a todo vapor. “Acurto prazo, a tecnologia wireless empneumática não deverá vingar”, completaDaniel Gonçalves, lembrandoque a Bosch Rexroth possui váriaspesquisas nessa área, principalmente,no que diz respeito à confiabilidadede dados. A Festo Automação informouque não possui conhecimentossobre a aplicação de rede wireless emeletropneumática, mas que na matrizalemã deve haver pesquisas sobre oassunto.Embora aconteça de forma maistímida que a elétrica, a parte físicada pneumática também passa pormudanças. Uma das mais signifi-A parte física da pneumáticatambém passou a contar com novoscomponentes de vedação, o quepermitiu aumentar a vida útil deválvulas bidirecionais. Lançadas noBrasil, há dez anos, as placas cerâmicasaparecem como alternativaaos carretéis de aço e plástico. Sãoconsideradas menos suscetíveis aambientes agressivos e encontramgrande aplicação nas indústrias dealumínio, papel e celulose e siderurgia.As válvulas com isolaçãocerâmica são mais caras que asconvencionais e, talvez por essemotivo, são pouco conhecidas noBrasil.A válvula proporcional de pressãoé outro exemplo do avanço na partefísica da pneumática. Através de umsinal entre 0 e 10 volts, é possívelobter uma pressão proporcional aosinal enviado. Hoje, em geral, o usuárioemprega as válvulas on/off quepermitem deixar um circuito pneumáticocom ou sem pressão. A novidadepode fazer com que a tecnologiapneumática ganhe mais espaço nasindústrias de processo, desde queseja associada a equipamentos mecânicos.Para Ana Cláudia, da Festo, cadavez mais, os usuários de eletropneumáuticadevem ter produtos comtecnologia acoplada (cilindro e válvula),o que pode representar umagrande redução de espaço e custoscom manutenção. A tendência beneficia,principalmente, os fabricantesde máquinas e equipamentos quesempre estão objetivando reduzir otamanho de seus produtos.Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003 13

ManutençãoAtualdanosas ao funcionamento do servomotor.Porém, nada como colocá-loem funcionamento para efetivamentetestar suas reais condições. Este testerequer alguns cuidados.Lembre-se: os servomotores possuemuma relação de fluxo eletromagnético(tensão/freqüência) diferente dafornecida pela rede convencional dealimentação trifásica das concessionáriasde energia elétrica, graças asua bobinagem especialmente confeccionadapara proporcionar maiordinâmica ao sistema.Portanto, nada de alimentar o servomotordiretamente à rede trifásica,ele poderá queimar-se. Mas, e se naplaqueta de identificação do servomotorestiver marcando 220V trifásico dealimentação? A relação de fluxo eletromagnéticoda rede de alimentaçãoé a seguinte:∅ = V = 220 = 3,67ƒ 60A relação de fluxo eletromagnéticofornecida ao servomotor pelo servoconversoré totalmente diferente e nãolinear. Isto ocorre para possibilitar aextrema dinâmica e torque a que estásujeito o servomotor. Então, deve-sefazer os testes através de um servoconversorapropriado.3. Como avaliar se a intensidadede campo magnético dos ímãs doestator está adequada ou não?Esta avaliação necessita de equipamentoespecífico, o que não épossível na maioria dos casos. Os servomotoresnovos, ainda na linha deprodução, passam por um teste numequipamento chamado de freio eletromagnéticoou dinamômetro, e neleé verificado seu torque nominal comseu rotor bloqueado.Nos casos tradicionais (a maioriadeles) onde não se dispõe de instrumentosespecíficos para medição,e justamente onde queremos chegar,também se pode estimar, de formasimples, a intensidade de campo magnéticodos ímãs. Avaliar esta intensidaderequer um pouco de habilidadee experiência, mas nada fora docomum.O procedimento para a avaliação éo seguinte:1. Desenergize o servomotor;2. Com o motor completamentemontado (estator + rotor), deixe o servomotorbem fixo na bancada;3. Segure a ponta de eixo do servomotore tente girá-lo em qualquersentido (obviamente este teste valepara pequenos servomotores).Nos servomotores de pequenoporte é possível girar o eixo e sentircerta dificuldade no movimento devidoà mudança de polaridade, já nos servomotoresde grande porte, este movimentonão é possível devido à altaintensidade de campo magnético.Em qualquer outra circunstânciaonde houver certa facilidade no girardo eixo, significa que este rotor estácom campo magnético deficiente e,portanto, com algum problema. Vejana figura 2 um servomotor em corte.4. Quando a fita envolvente dosímãs está com alguma parte queroçou na carcaça, o que pode implicarno seu funcionamento?Este desgaste da fita pode identificarum possível problema mecânico noequipamento (rolamento danificado,desalinhamento, tampa deslocada,eixo empenado, etc...). Solucionadoo problema, deve-se verificar visualmentese na região onde havia o desgasteda fita envolvente, há algumdano nos ímãs (deslocamento, trinca,etc...). Qualquer destas situações condenao rotor.Descolamento de ímã do rotorpode significar que o servomotorsofreu um sobre-aquecimento oualgum impacto do rotor com o estator.Não é aconselhável tentar colaro ímã novamente, pois, este é umprocesso automático e o processomanual pode gerar outros danos aoF.2 Servomotor em corte.servomotor. É aconselhável encaminharo equipamento para pessoalespecializado.5. Umidade constante no servomotor:o que pode ocasionar naspeças?Basicamente, oxidação nas partesmetálicas, degradação na fita que recobreos ímãs do rotor e deterioração doverniz isolante do estator, levando àredução da vida útil do servomotor.Nos casos onde houver a necessidadede utilizar o servomotor em condiçõesde extrema umidade, deve-seespecificar o equipamento com graude proteção IP65 (próprio para estassituações).6. Em quais aplicações, é recomendávelo uso de servomotorescom grau de proteção IP65?Normalmente, máquinas-ferramentae operatrizes, ou seja, de usinagemem geral, utilizam servomotores paradeslocamento de eixos, mesas e fusos.Os processos de usinagem exigemdinâmica e precisão (posição e rotação),mas também necessitam de fluidosrefrigerantes em suas ferramentasde corte. Este fluido vaporiza-se emdeterminadas situações da usinagemfazendo com que o ambiente de trabalhodo servomotor se torne agressivoem termos de umidade.Empresas do ramo alimentício ede bebidas também têm um alto índicede umidade, nestes casos também éaconselhado a utilização de grau deproteção IP65 ou maior.7. Para que serve o “resolver”?O resolver é um gerador de sinaisanalógicos (figura 3) que forneceMecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003 15

AtualManutençãoF.3Sinal analógico gerado pelo resolver.ao servoconversor a condição de avaliara velocidade e o posicionamentodo servomotor. Seu funcionamento ésimilar ao encoder digital, com a vantagemde resistir melhor às vibrações,alta temperatura e umidade.8. “Resolver” - quais os defeitosmais comuns? O que pode provocarum destes defeitos?O “Resolver” é um dos geradoresde sinais mais resistentes, tanto emsua mecânica, quanto em sua estruturaelétrica. Normalmente, os defeitosmais comuns são oriundos de problemasna ligação entre o servomotor eo servoconversor:- Inversão dos canais de sinal(A+B);- Cabo de sinal inadequado (impedânciamuito alta);- Deslocamento do ponto zero doresolver: este acontece quando pessoalnão habilitado retira o resolver nadesmontagem do servomotor (nuncaretire o resolver!).9. Como medir a resistência doservomotor?O servomotor tem alimentação trifásica(fornecida pelo servoconversor)e pelo princípio de funcionamento demotores trifásicos (quaisquer) há anecessidade de um balanceamentoentre suas fases. Este balanceamentofaz com que o valor de resistênciaentre as bobinas do servomotorpossua valores de resistência bempróximos entre si. A medição é realizadasempre entre duas fases e atravésde um ohmímetro.10. Como identificar a ligaçãodo motor quando há perda da placade bornes ou danos?ção de um servomotor similar e, apósas ligações, conectá-lo ao servoconversorpara ver se não gera falha.Normalmente, o servomotor possuiapenas três terminais de ligação (U,V,W), portanto, o problema reside naligação entre servomotor e servoconversor,o ideal é manter a relação U-U,V-V e W-W, para manter a seqüênciade fases correta.11. Qual temperatura ideal detrabalho para o servomotor?A temperatura ambiente ideal éde 40 C. Porém, os servomotoressíncronos não têm grandes problemascom temperatura e, portanto,não necessitam de ventilação paraauxiliar na refrigeração. Para temperaturasacima de 40 C é possível trabalharutilizando potência reduzida.Observe na figura 4 o gráfico Potênciax Temperatura.A ventilação forçada em servomotoresserve para poder retirar maistorque do que o nominal de plaqueta.Portanto, numa situação de manutençãoonde a substituição do servomotorse faz necessária, é imprescindívela substituição do servomotor por outrocom as mesmas características ou,em certos casos, a solicitação de pessoalespecializado para avaliar a aplicaçãoe redimensionar o sistema.12. A altitude influencia no comportamentodo servomotor?Da mesma forma que no motorassíncrono trifásico convencional, ocomportamento do servomotor acimade 1000 metros do nível do mar sofrealterações. Quanto mais alto, menoré a quantidade de oxigênio presentena atmosfera (mais rarefeito fica o ar).Assim, o servomotor deve trabalharcom potência reduzida e limitada aoperar a no máximo 4000 metros dealtitude (veja figura 5).F.5 Gráfico Potência x Altura.CONCLUSÃOAs respostas aqui apresentadaspara estas perguntas, comcerteza, não resolvem 100% doscasos encontrados no campo,porém, servem de procedimentosa serem seguidos paraeliminar possíveis causas de futurosproblemas. Estas respostasforam elaboradas em conjuntocom experientes especialistasde Engenharia, Manutenção eAssistência Técnica que vivenciamsituações como estas diariamente.•O ideal (e também mais rápido) éatravés da comparação com a liga-F.4Gráfico Potência x Temperatura.*Augusto Ottoboni é consultor técnico plenoda SEW Eurodrive.16Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003

DispositivosDesmitificandoa visão artificial nasaplicações industriaisRonei Rossetti*Gilberto Jana**AtualComo entender visão artificial sem compará-la com a visão real?Imagine a visualização de um objeto através de uma câmera e queseja possível armazenar a imagem capturada por ela. Se pudermosinteragir com essa imagem que é, na verdade, um retrato fiel do objeto,fazendo verificações de conformidade de forma extremamente veloz,entenderemos melhor o que vem a ser a visão artificial: um supersensor.As aplicações industriaispara a visão artificialvieram com os equipame n t o s denominados sistemasde visão ou verificadores de imagem.Esses equipamentos permitem a verificaçãoda imagem de um produtocomparando-a com um padrão eobtendo uma resposta “sim” ou “não”.Como toda tecnologia nova, as primeirassoluções com sistemas de visãoeram grandes, caras e difíceis de programar.Só eram utilizadas em situaçõesonde nenhum outro recurso tinhaa mínima possibilidade de dar certo.Um conjunto básico para um sistemade visão consiste apenas deuma câmera e um controlador (vejafigura 1), dispensando, em muitoscasos, até mesmo o computador e omonitor (o controlador pode ser montadodentro do painel da máquina).Embora haja vários tipos de câmeras,as mais usadas são do tipo CCD(Charged Coupled Devices), normalmentenum substrato de silício, queconsiste basicamente de um sensorque converte sinais luminosos em elétricos.O sensor CCD é distribuídocomo uma matriz, sendo que cadaparte é chamada pixel.Observando a figura 2, vamossupor que a pastilha seja empregadanuma câmera com possibilidade devisualizar apenas tons de cinza (sis-temas coloridos requerem interpretaçãomais complicada). Suponhamostambém que cada pixel tenha umaresolução de 8 bits, ou seja, cada umdeles possa diferenciar até 256 tonsde cinza. Teremos então uma quantidadetotal de pixels a serem analisadasde 22 x 22 = 484, vezes 8 bitspor pixel, dando no total 3872 bits deinformação a ser armazenada no controladorou computador, dependendodo sistema usado.Embora não exista regra geral, osvários tipos de câmera aplicados emsistemas de visão possuem um sensorCCD com uma quantidade de pelomenos 480 colunas por 480 linhas.Usando o exemplo citado percebe-seque a quantidade de informação a serarmazenada é extremamente grande,o que exige do controlador altíssimavelocidade de processamento, sendoesse um dos aspectos determinantesda velocidade de resposta do sistema.As aplicações de sistemas de visão,geralmente, trabalham numa velocidadetotal (captura, armazenamento,processamento e resultado) de 30milissegundos (~1/30 segundo).Pode-se encontrar no mercado,sistemas de visão que utilizam umcomputador como controlador, outrospossuem controladores que podem ounão estar embutidos numa câmera.Estes últimos possuem a vantagem deter entradas e saídas digitais incorporadas,o que elimina a necessidade deequipamentos adicionais. Nesse caso,o próprio controlador pode comandardiretamente os outros equipamentosque fazem parte do processo. Tambémhá no mercado controladores maisrobustos que podem controlar, simultaneamente,dois sistemas de visãoartificial, o que resulta em redução decusto.Outro aspecto importante é quantoao método de programação do controlador,pois, isso pode ser um fatorcomplicador na hora da implantaçãoF.1 Conjunto básico parauma solução com sistemade visão.Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003 17

AtualDispositivostado no local da aplicação. Esse trabalhodeve ser desenvolvido em conjuntocom o fornecedor, visto que sua implantaçãorequer tempo e recursos, e umainformação incompleta poderá comprometertoda a eficácia da aplicação.F.2 Exemplo de um sensor CCD 22x22.do sistema. Alguns equipamentos permitema desconexão de periféricosapós a alteração no programa. Entretanto,alguns sistemas requerem oauxílio de um computador auxiliarconectado.Durante a escolha do equipamentodeve ser observada ainda a facilidadena alteração de parâmetros, quantidadede programas residentes e quantidadede características possíveis deserem avaliadas em cada programa.Como a quantidade de informaçãoa ser processada é muito grande,devem existir recursos que permitamuma otimização do controlador durantea captura da imagem. Um exemploé mostrado na figura 3 onde o interesseé apenas analisar o contorno dapeça. Nesse caso, o controlador podedetectar bordas ou fronteiras, desprezandooutras características comoárea, posição, baricentro, etc.F.3 Análise do contorno de uma peça.técnica e econômica da aplicação.Algumas vezes, o custo da iluminaçãochega a superar o custo do próprioequipamento de verificação daimagem. Existem alguns equipamentosde verificação de imagem quepropõem correções dos problemasdecorrentes de má iluminação atravésde algoritmos, porém, isso sóé verdade em casos muito específicos,não sendo regra geral, nem algomilagroso, que permita a estabilidadedesejada.Com base em tudo o que foi expostoaté aqui, fica claro que este tipo deequipamento precisa não só ser criteriosamenteescolhido, como tambémensaiado em laboratório e, depois, ajus-APLICAÇÕESDevido à grande redução de custoque os equipamentos para inspeçãovisual sofreram nos últimos tempos, onúmero de aplicações tem aumentadosubstancialmente. O emprego temocorrido, principalmente, em situaçõesonde o ser humano se cansa rapidamentede tarefas repetitivas Exemplo:observar se o rótulo de uma embalagemestá bem posicionado; presençade objeto estranho no interior de umvasilhame, data de validade de produtos(reconhecimento de caracteres).Esse tipo de inspeção vem sendofeito tanto em processos contínuoscomo aplicações tipo “pick and place”,onde o resultado da posição de umapeça obtido pelo sistema de visão épassado para o manipulador que vaiaté o local exato para pegá-la.As possibilidades de aplicação sãomuitas e os equipamentos estão cadavez mais sofisticados. Aplicando-seesta tecnologia é possível obter processosde fabricação de produtos commuito mais qualidade.A ILUMINAÇÃOComo o sistema de visão é muitorápido e a captura da imagem a seranalisada é feita por uma câmera, oambiente, mais especificamente, a iluminação,é de suma importância. Sombrase outras interferências podemcomprometer a repetibilidade das análisese tornar o sistema instável. Ailuminação deve ser criteriosamenteanalisada em ensaios laboratoriaisantes de qualquer possibilidade deespecificação do conjunto. Veja, nafigura 4, alguns exemplos de iluminaçõesutilizadas com sistemas devisão.Representando a parte mais complicadado sistema, a iluminação pode,por si só, determinar a viabilidadeF.4 Iluminações para sistema de visão*Gilberto Abrão Jana Filho é gerente deengenharia da Metaltex.*Ronei Rossetti é engenheiro de aplicaçõesda Metaltex.18Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003

AtualAutomaçãoNotíciasComparação desistemas com motores de passoe servomotores Jeff Kordik*Os sistemas com motores de passo e servomotores são usadosigualmente em aplicações de controle de movimento de alta performancee alta precisão. Essas aplicações incluem a automação industrial,equipamentos semicondutores, biotecnologia, jogos e muitosoutros usos. O mercado total para tais dispositivos supera US$ 1bilhão por ano.Com motores de passo eservos competindo nas aplicações,como pode o consumidordecidir qual é o melhor? Amaioria já deve ter ouvido que motoresde passo “são mais econômicos”e que os servos “são mais rápidos”.Para fazer uma escolha inteligente,devemos analisar o problema maisprofundamente. Este artigo examinaos destaques, pontos fortes e fracosdos sistemas com servos e motoresde passo. Nós também comparamos,em detalhes, um sistema real de cadatipo e avaliamos sua conveniênciapara uma aplicação.sistindo em um servomotor A100 e umdrive programável BLU100-Si. Essesistema 2 é mostrado na figura 2.O BLU100-Si inclui todos os recursosprogramáveis do 3540i mais algunsoutros relacionados com servos.A tabela 1 apresenta a lista depreços dos sistemas 1 e 2, assimcomo outros sistemas que discutiremosposteriormente. O servo-drivecusta U$ 200 mais do que o drivede motor de passo e os comandosdo servomotor possuem um prêmiode U$ 399. Tipicamente, os sistemasde servo de mesma potência custammais do que os sistemas de motoresde passo.Na tabela 2 fornecemos a potênciacontínua máxima de cada sistema.O motor de passo tem suapotência de pico em 900 rpm, ondeo torque é de 0,78 N.m. A potência éo produto da velocidade pelo torque,ou seja:onde V é a velocidade em rpm e Té o torque em N.m.A potência de pico do servo é de3000 rpm, muito maior do que a domotor de passo. Isso pode ser ounão ser bom. Se a aplicação requertorque elevado em baixa velocidade,PREÇO E PERFORMANCEPara comparação, escolhemosdois sistemas na mesma faixa depotência: 70 - 100 watts. Ambos, motoresde passo e servos, exigem elementoseletrônicos de controle, demodo que também os incluímos nacomparação. O sistema 1 usa um motorde passo HT23-400 e um driver programável3540i. O 3540i inclui umamplificador e um controlador quepode ser programado pelo usuáriopara operar sozinho ou recebercomandos de um PC hospedeiro, PLCou outro tipo de computador. Esse driverpode ser ligado em rede paraaplicações multi-eixo usando RS-485ou ainda um Hub SiNET MotionControl Network. O sistema de motoresde passo é mostrado na figura1. Para comparação escolhemosum sistema de servo de 100 W con-HT23-400HT23-397F.1 Motores de passo e drive de 140 W.HT23-39420Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003

NotíciasAutomaçãoAtualA800A400A100então o servo vai exigir o uso dereduções para “adequar a velocidadepara o torque”. Os servos, geralmente,têm menor torque que osmotores de passo de mesma potência,mas podem rodar mais rapidamente.A figura 3 ilustra um gráfico dotorque versus a velocidade para omotor de passo HT23-400 e o servomotorA100. Também incluímos umservo maior, o A200, para uma finalidadeque ficará clara brevemente.Vamos considerar uma aplicaçãoprática. Se o sistema roda a 300 rpm,então o motor de passo leva uma vantagemclara. Em 300 rpm, o HT23-400tem um torque de 0,99 N.m. O servoA100 tem apenas 0,32 N.m. O únicomodo de fazer com que o servo consigater maior torque é acrescentaruma redução de 3:1 como no sistema3. Isso aumenta a saída de 300rpm do A100 em 3x. Com isso, oA100 pode produzir um torque de 0,95N.m, quase o mesmo que o motor depasso. A tabela 3 compara os valoresde torque.Mas, o sistema 3 custa US$ 1533,comparado com US$ 481 do motorde passo. Além disso, a reduçãoapenas faz o preço do servo piorar.Além disso, se o sistema exige qualquernecessidade de alta velocidade,como uma “aceleração rápida”,o A100 com redução não podealcançá-la. O A100 está limitado a3000 rpm e 5000 rpm de pico. ComF.2 Servomotores e driver de 100 W.A30T.1 Preço dos componentes e sistemas.T.2 Comparação de potência.F.3 Torque versus velocidade para 3 sistemas.uma redução de 3:1 da caixa de redução,a velocidade de saída na cargaestá limitada a 1000 rpm contínuos e1666 rpm de pico.Outra solução para o problema dotorque em baixa velocidade é empregarum servomotor maior como oA200. Este deve requerer tambémum drive maior, o BLU200-Si (vejatabela 1 para o preço e figura 4para a foto do drive). Mesmo comum drive mais caro, o sistema 4,na verdade, custa menos que o sistema3 - o que usa a cabeça deredução.Como visto na tabela 3, o torquede saída do A200 é de apenas 0,64N.m, o que pode ser suficiente. Motoresde passo podem ser operados comum aumento da margem de torqueem comparação aos servos porqueeles podem apresentar uma reduçãode torque devido à ressonância. Ummotor de passo de 0,99 N.m pode nãoMecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003 21

AtualAutomaçãoNotíciasrpm proporcionando torque total nestecaso.Começamos a formular alguns limitespara ao quais cada tipo de motordeve ser aplicado. Em 300 rpm o sistemade motor de passo tem torquesuperior e melhor preço. Em 3000 rpmo sistema de servo domina, apesar dopreço maior. Em 1800 rpm, o motor depasso tem maior torque para o preço,mas outros fatores jogam em favor doservo. Vejamos esses fatores.T.3 Comparação de torque.operar provavelmente em 0,64 N.m, oque significa que o A200 deve ganhara competição.E se a aplicação exigir uma operaçãoem 1800 rpm? Analisando ográfico da figura 3, podemos ver queo torque do HT23-400 em 1800 rpmé de 0,35 N.m. O A100 só pode conseguirisso com uma cabeça de redução.Mas, obter o mesmo torque pormais dinheiro não é o que a maioriados usuários pretende. O sistemaA200 proporciona 2x o torque para2,6 x o custo, e isso não é bom,a não ser que outros fatores sejamconsiderados. Vamos analisar essesfatores.Se a aplicação requer 3000 rpm,então os servos devem dominar.Tomando um motor de passo pararodar em 3000 rpm é difícil e arriscado.Os servos rodam bem em 3000F.4 200 Watt Servo Drive.ACELERAÇÃOPara processos de alta velocidade,não importa tanto o torqueou a velocidade, mas sim o tempodo ciclo. Para produzir muitas peçasrapidamente, devemos ter o movimentomais rápido ponto a ponto. Issodepende da aceleração. Os movimentosrápidos são freqüentemente 50%de aceleração e 50% de desaceleração,e apenas uma pequena parcelade tempo em velocidade constante.Esses movimentos são denominados“triangulares” porque o gráfico velocidadex tempo se assemelha a um triângulo.Se pudermos aumentar a taxa deaceleração de um movimento triangular,o tempo de movimento diminuirásignificativamente. A aceleraçãoé determinada pelo torque do motordividido pela inércia. Quando a inérciaé dada em g.cm 2 e o torque emT.4 Comparando torque, inércia e aceleração.22Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003

NotíciasAutomaçãoAtualN.m, podemos calcular a aceleraçãoem rpm/s da seguinte forma:Quando se calcula a taxa de aceleração,inércia e torque devem ser levadosem conta, e os servos têm umainércia muito menor do que os motoresde passo. Considere uma aplicaçãoonde a inércia de carga é 400g.cm 2 . O motor HT23-400 tem umainércia de 480 g.cm 2 , dando um totalde 880 g.cm 2 . A aceleração máximaaté 300 rpm, para o motor de passoé:e para o servomotor na mesmarotação:Podemos alcançar 300 rpm emaproximadamente 0,003 segundos.Se a velocidade visada é 1800 rpm,então estamos limitados a 0,35 N.m,e então a taxa de aceleração torna-se37,983 rpm/s. O sistema 2 de servoA100 tem apenas 42 g.cm 2 de inércia,de modo que ele não precisa demuito torque para acelerar uma cargaleve. Então, a taxa de aceleração doservo é baseada no torque disponível(0,32 N.m) e na inércia total de442 g.cm 2 . O servo alcança 300 rpmem 0,003 segundos, muito próximodo motor de passo, e alcança 1800rpm em aproximadamente metade dotempo do motor de passo. A aceleraçãodo motor de passo até 1800 rpmserá:Enquanto que a aceleração doservo até 1800 rpm será:A tabela 4 mostra a relaçãotempo e velocidade para os quatrosistemas com uma carga de 400g.cm 2 . Estes números são apenaspara comparação. Num sistema realnão é desejável que estes valoresde aceleração sejam encontrados,porque assumem que todo o torqueé aplicado na aceleração. Num sistemareal, algum torque é usadopara vencer o atrito. Além disso, vocêdeve deixar uma certa margem detorque.E o que acontece se a carga formaior? Fizemos alguns cálculos comuma carga de 2000 g.cm 2 . Agora osistema é dominado pela inércia dacarga, e então os servos perdem asua vantagem de “torque para inércia”,como pode ser visto na tabela 5.DESTAQUES E COMPLEXIDADEAinda em relação ao assunto dainércia da carga, é um bom momentopara discutir alguns destaques especiaisdos servos. Os servos são,por natureza, do tipo “closed loop”.O motor e/ou a carga devem estarconectados para fornecer uma realimentaçãoprecisa. Usualmente, isso éfeito por um encoder óptico ou resolver.Esse dispositivo de realimentaçãoinforma ao controlador onde o motore a carga estão durante todo o tempo.Eles também proporcionam informaçõessobre a velocidade. Os sistemasde motor de passo também podemempregar um encoder para realimentação,mas não da mesma forma.T.5 Acelerando uma carga maior.Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003 23

AtualAutomaçãoNotíciasDe fato, o 3540i pode utilizar um encodercomo opção. Sistemas baratos demotores de passo baseados em encodernão são usualmente “servos”,mas pode-se verificar que o motornão se paralisa ou sofre interferênciasna posição desejada por uma forçaexterna.Os sistemas de servo ajustamconstantemente os sinais decomando baseados em realimentaçãodo motor. Isso permite aos servossuperarem distúrbios inesperados eserem automaticamente compensadoscontra ressonância. Eles são eficientes,usando apenas a energiaque a carga precisa para ser movida.E são também, geralmente, silenciososdada a distância entre a ressonânciae o uso eficiente da potência.Mas os servos precisam ser ajustadospara o loop de controle eas condições de carga. Um sistematípico de servo usa um loop de posiçãoPID (Proporcional, Integral, Derivativo).Além disso, existem muitosparâmetros de realimentação e excitaçãoque têm de ser usados noscálculos. Os sistemas de motoresde passo são populares não apenaspelo baixo custo, mas também porque eles são simples de entender eempregar.Existem limites para todos os sistemasde controle de servos. Um delesé a relação de inércia. Tradicionalmente,os fabricantes dos drives deservos recomendam um limite de 10:1para a relação carga inércia do motor.Muitos drives modernos podem manusearmaiores relações, especialmentecom comutação senoidal e recursosde feed forward. Mas os limites aindase aplicam. O sistema 2 com umacarga de 2000 g.cm 2 deve ter umcasamento de inércia de 2000/41 = 47ou 47,6:1. Isso pode afetar a estabilidade.A adição de caixas de reduçãoajuda consideravelmente, porque ainércia da carga, quando “refletida”para o motor através das engrenagensé proporcional ao quadrado da taxade redução. Uma caixa de redução de3:1 reduz a velocidade do motor em3x, e reduz a inércia refletida em 9x.Assim, o sistema 2 de motor A100,vê uma inércia de carga de 2000/9 =222 g.cm 2 . A relação deve ser 222/42= 5,3:1, o que é excelente.O motor A200 tem um tamanhomaior do que o A100 assim, sua inérciatambém é maior. A relação de inérciado A200 com uma carga de 200g.cm 2 é de 2000/200 = 10:1.Servos têm ainda vantagens adicionaisem relação aos motores depasso devido a sua natureza de“closed loop”. Por exemplo, a correntepode ser monitorada como umamedida da carga. Se o sistema sofrercarga, o atrito e a corrente aumentam.Um sistema de servo pode detectarisso e alertar o operador de manutenção.A velocidade instantânea e errosde posição também podem ser informados.Além disso, um servomotorpode ser “desligado” enquanto o encoderpermanece ligado. Dessa forma,se o operador movimentar a carga,o drive ainda continua sabendo ondeela se encontra.Os servos podem ser operados nomodo de torque, o que é útil em aplicaçõestais como a vedação de garrafas,colocação de parafusos e tensionamentode fios. Os motores não podemmanusear aplicações onde se necessitade torque constante.Os servos podem ser sobre-excitadosde modo a aumentar o torque.Eles podem suportar tipicamente correntesaté 3 vezes maiores que acorrente nominal de modo a ajudara vencer variações inesperadas decarga ou para se obter uma aceleraçãorápida.POSICIONAMENTO FINODevido ao fato de que eles empregamrealimentação e loops sofisticadosde controle, os servos bemajustados operam de uma forma maisfina do que os motores de passo. Elespossuem menor variação de torque emenor variação de velocidade. Paracomparação, programamos o sistema1 e o sistema 2 para operação em trêsvelocidades diferentes: muito baixa(10 rpm), baixa (300 rpm) e rápida(1800 rpm). Medimos as variações develocidade usando um tacômetro analógicode precisão e um osciloscópiodigital. O resultado dos testes aparecena tabela 6. O servo teve umaperformance muito melhor do que omotor de passo nas baixas velocidades,especialmente nas muito baixascomo 10 rpm. É importante ter oservo apropriadamente ajustado ouum aumento do ripple de velocidadepode ocorrer.PRECISÃODado que o servomotor possuium dispositivo de realimentação comoT.6 Ripple de Velocidade.F.5Precisão de posicionamento de um sistema com motor de passo.24Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003

NotíciasAutomaçãoAtualum encoder, deve-se esperar que eletenha um posicionamento mais preciso.Se apropriadamente ajustado,ele pode ficar numa faixa de ±1 dacontagem do encoder na posiçãocomandada. Porém, um ajuste pobrepode levar a uma “oscilação” ondeo motor se move, forçando o encodera uma contagem onde ele deveriaestar parado.Os sistemas de motor de passosão normalmente open loop, o quesignifica que eles aplicam correnteaos enrolamentos do motor e esperamque as leis da Física façam oresto. Previsões sobre as característicasdo motor são feitas, especialmentetorque x deslocamento,quando o driver do motor é projetado.Mas, os motores variam sensivelmentede um modelo para outro,devido às diferenças entre as geometriasdo circuito magnético (formado dente, força do ímã, air gap, porexemplo). Os drivers standard comoo 3540i são vendidos para diferentesconsumidores e podem ser usadoscom motores diferentes. Isso significaque o projetista deve calcularas tabelas de passo para um motor“médio”, o que pode afetar a agudezae a precisão de funcionamento.Para poder desenhar uma curvacomparativa, programamos os sistemas1 e 2 para passos vagarososquando acoplados a um encoderóptico de alta resolução.As leituras do encoder foram comparadascom a posição ideal do motorde tal forma que o erro pode ser calculado.Usamos a opção de encoderdo 3540i para conectar um encoderde 120 000 cont/ver a um PC paracoletar os dados.Os resultados estão plotados nasfiguras 5 e 6. O sistema com motorde passo tem um padrão cilíndricoque se repete quatro vezes por cicloelétrico (200 vezes por rotação doeixo). Isso sugere que as tabelasde passo do drive podem ser ajustadaspara compensar os erros.Em situações especiais os fabricantesalgumas vezes fornecem tabelasespeciais para determinados tipos demotor de modo a se obter a performanceótima na aplicação.É neste ponto onde o feedback éútil. O driver “sabe” se o motor estáfora de posição e pode corrigir isso.Mas, mesmo os servos não são perfeitos.Eles podem posicionar dentrode uma margem de ±1 contagemda posição comandada se o sistemaestiver ajustado apropriadamente. Osservomotores A100 têm um encoderde 800 contagens por revolução. Issosignifica 360/8000 = 0,045 graus, oque quer dizer que devemos esperaruma precisão melhor do que ±0,045.A figura 5 mostra isso. Assim, oservo tem aproximadamente metadedo erro de um sistema de motor depasso em laço aberto sem compensação.Isso compensa o custo adicionalde um sistema de servo? Somente seprecisão for necessária. Por exemplo,suponha que estes motores sejamusados para movimentar uma carganum movimento linear acompanhadode um movimento de parafuso. Se opasso do parafuso é de 5 mm porvolta, o erro do motor de passo seráde ±10 graus, e o erro linear será:Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003 25

AtualAutomaçãoNotíciasF.6 Precisão de posicionamento de um sistema com servo motor.O servo tem metade do erro,ou 700 mícrons. O usuário precisaperguntar: “quanto de erro eu preciso?”.TAMANHO E PESOO mundo está ficando menor.O hardware para controle de movimentoprecisa encolher também, demodo a caber nele. Os servos têmuma vantagem em muitas aplicaçõesporque os motores são menorese mais leves. Como podemosobservar na tabela 7, o tamanho daeletrônica dos servos difere muitopouco da eletrônica dos motores depasso. O drive BLU100-Si é maisleve que os outros porque ele usa osmais modernos e eficientes transistoresMOSFETs, que não precisamde dissipadores de calor. Para aplicaçõesportáteis um peso menor éimportante.Na tabela 8 comparamos o tamanhoe a massa dos motores. O motorA100, que tem uma potência similarà do motor de passo, é bem maisleve: 0,5 kg versus 1,0 kg. O A100também ocupa metade do espaço,se você não precisar de uma cabeçade redução. O A200 pesa quase omesmo que o motor de passo eproduz o dobro da potência. Claramente,os servomotores são menoresque os motores de passo depotência equivalente.Deve ser notado que os motoresde passo muito pequenos são menoresque os servos porque eles nãonecessitam de um encoder. Enquantoos motores podem ser reduzidos paratamanhos menores e menores potências,os encoders têm limites, pois aroda de codificação eletrônica impede.Para tamanhos menores que 40 mm,o encoder torna-se uma porcentagemsignificativa do tamanho total domotor.CONCLUSÃODiscutiu-se que as vantagens primáriasdos motores de passo são:- torque elevado em baixas velocidades;- baixo custo;- simplicidade.Os servos também podem serusados onde o seu custo alto é justificadopor:- torque em altas velocidades;- tamanho compacto e peso reduzido;- precisão e agudeza;- controle em laço fechado.T.7Tamanho e peso da eletrônica do .Depois de avaliar estes aspectosdas aplicações no controle demovimento, uma decisão inteligentepode ser feita resultando numa performancedesejada por um customínimo. Para aqueles que leram esteartigo esperando uma clara vitóriados motores de passo em relaçãoaos servos, nós só podemos dizerque o vencedor é...você, o leitor,porque tem muitas possibilidades deescolha no mercado de controle demovimento, permitindo-lhe escolhero melhor equipamento para sua aplicação.T.8Tamanho e peso de motores.*Jeff Kordik é especialista em softwaree desenvolvedor de novos produtos daApplied Motion Industries.Tradução: Newton C. Braga26Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003

Imunidade a interferênciapor radiofreqüênciaOsmar Brune*EnergiaAtual27RFI (Radio Frequency Interference) é um sério problema deEMI (Electromagnetic Interference) para equipamentos eletrônicosmodernos, que pode ser causado por transmissores de alta potência(broadcast, comunicações ou radar), e também por transmissoresde baixa potência (rádios portáteis, celulares). Nem sempre otransmissor mais potente causa o maior problema. Um transmissorde baixa potência, a um metro da “vítima”, pode causar problemasbem maiores do que um transmissor de broadcast (rádio, TV) a umquilômetro de distância.Ao mesmo tempo, receptoresde rádio ou TVtambém são vulneráveisà poluição de RFI causada por computadorespróximos. Tais receptoresdevem retirar baixíssimos níveis depotência de um espectro de RF densamenteocupado, e converter essaenergia em informação útil (rádio, TV,imagem de radar, etc.).O primeiro problema é de imunidade,isto é, a suscetibilidade de equipamentoseletrônicos falharem devidoa RFI. O segundo problema é de emissãonão intencional de radiofreqüência.Este é o terceiro artigo de umasérie sobre EMI. No primeiro artigo dasérie (EMC e EMI: Compatibilidade eInterferência Eletromagnética) foramabordados os conceitos básicos deEMI e EMC. No segundo artigo, foramanalisados distúrbios no fornecimentode energia. E nesta edição, analisaremoso problema da imunidade a RFI.A questão do controle de emissões deRFI será tratada em um artigo posterior.A leitura dos artigos anteriores érecomendada para melhor compreensãode alguns conceitos citados nesteartigo.Todo equipamento eletrônico é umavítima potencial da energia de RFde transmissores próximos. Transmissorespodem variar de alta potênciaaté rádios portáteis ou celulares. Coma atual proliferação de produtos deRF, estes problemas certamente vãoaumentar a menos que precauçõessejam tomadas. Uma destas precauçõesé executar os projetos de equipamentoseletrônicos para que alcancema imunidade adequada para o ambienteem que devem ser utilizados.Sistemas construídos com semicondutores(estado sólido) são particularmentevulneráveis a RFI. Atépequenos níveis de tensão induzidapodem perturbá-los. Circuitos analógicoscom sinais de baixa potência sãoparticularmente vulneráveis, assimcomo circuitos de fontes de alimentaçãocomo reguladores. Mas, circuitosdigitais também podem ser perturbados,se os níveis de ruído forem suficientementealtos.Projetistas de equipamentos militaresjá estão acostumados a colocara imunidade a RFI como objetivo primordial,uma vez que quase todosesses equipamentos devem passarpor testes de suscetibilidade a RF.Da mesma maneira, equipamentosautomotivos requerem testes bastanterigorosos. Mas nas demais áreas,esta abordagem está sendo recéminiciada.NÍVEIS DE FALHASSistemas eletrônicos não protegidosfalham freqüentemente ao seremsubmetidos a campos elétricos entre1 V/m e 10 V/m, ou maiores. Algunssistemas muito sensíveis podem atéfalhar em campos da ordem de 0,1V/m, embora isto seja bem menoscomum.Infelizmente, muitos ambientes típicostêm campos variando de 0,1 V/ma 100 V/m, portanto os problemaspodem ocorrer, e de fato ocorrem. Atabela 1 mostra alguns níveis típicos.Felizmente, campos elétricos maiselevados surgem somente próximosdos transmissores. A intensidade docampo elétrico é função da potênciado transmissor (P), do ganho daantena (A) e da distância da antena(d). Uma fórmula simples para preverrapidamente o pior caso do campoelétrico (E) é:Onde E é dado em Volts/metro, Pem Watts e d em metros. A fórmulaassume que a fonte é isotrópica (irradiaigualmente para todas as direções)e que o receptor está no campodistante (1,5 metros a 30 MHz, ouapenas 5 cm a 1 GHz). A fórmula funcionaespecialmente bem para walkietalkiesportáteis e celulares. Nestescasos, o ganho da antena pode seraproximado para 1.Aplicando a fórmula, observa-seque um transmissor com potênciaefetiva (P.A) de 1 W produz 5,5 V/ma 1 metro de distância, o que podecausar problemas. Por outro lado, umtransmissor de 10 kW a 1 km dedistância produz um campo de 0,55V/m.T.1 Níveis típicos de RFI.Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 200327

AtualEnergiaMODOS DE FALHASO modo de falha principal é aretificação, que pode resultar numoffset DC (para fontes de RF de nívelconstante) ou num componente ACdemodulado (para fontes de RF moduladas).No último caso, seu sistemaestá se comportando como o famosorádio de cristal. Portanto, é essencialbloquear a energia de RF antes queela seja retificada, este é um conselhoque não deve ser esquecido.Os circuitos mais vulneráveis sãoos analógicos de baixo nível de potência,como pré-amplificadores. Altosníveis de RF têm potência comparávelaos níveis do sinal normal, e sãoamplificados para os estágios posteriores.Por exemplo, em certos casospode-se ouvir rádios na faixa do cidadão(27 MHz) em aparelhos de telefoneou amplificadores de áudio,que funcionam na faixa de kHz, e nãona faixa de MHz. Em sistemas decontrole industrial, sensores analógicos(ex: pressão, temperatura)podem sofrer flutuações severas setais ruídos forem retificados nos estágiosanalógicos com baixo nível depotência.Circuitos digitais, por outro lado,são mais suscetíveis a outros tiposde ruído que não RFI, tais como “glitches”no fornecimento de energia,ESD e outros fenômenos que produzampulsos falsos. Entretanto, comníveis de RF suficientemente altos, circuitosdigitais também podem sucumbir.Raramente problemas ocorremabaixo de 10 V/m. Todavia, devido àtendência a dimensões reduzidas etensões de operação também reduzidas,os níveis de imunidade tendem acair. Os sintomas são comportamentosbizarros, tais como parada dosprogramas ou corrupção da memória.A retificação de RF em circuitosde potência, como reguladores, normalmentese mostra através de problemasnos circuitos digitais. A tensãode alimentação pode aumentar alémdos limites, causando comportamentodigital bizarro. Ao perceber um problemagerado por RF num circuitodigital, é interessante primeiro investigaro comportamento das fontes dealimentação, para depois verificar oresto dos circuitos.TÉCNICAS DEPREVENÇÃOCONTRA RFIUma dica é aumentar a robustezdos circuitos mais críticos, que funcionamcomo “antenas escondidas”.Como mencionamos anteriormente,os receptores mais vulneráveis sãoestágios analógicos de baixa potênciae reguladores de fontes de alimentação.Outra técnica é suavizar estasantenas escondidas, que tanto podemser cabos, como descontinuidadesda blindagem funcionando comoantenas de fendas (slot antennas).Geralmente, cabos são as antenaspredominantes em freqüências a-baixo de 300 MHz, mas em freqüênciasmaiores, fendas e até placasde circuito impresso podem se tornarantenas eficientes.Você pode refinar esta distinçãocom uma regra popular chamada de“regra de 1/20 comprimento de onda”,que diz que qualquer cabo ou fendacom dimensões superiores a 1/20 docomprimento de onda pode ser umaantena eficiente. A 100 MHz, isto significa15 cm. A 1 GHz, apenas 15mm.Proteção no Níveldo CircuitoUma boa proteção contra RFIcomeça no nível do circuito. Deve-seF.1 Proteção para circuitos analógicos.aumentar a robustez bem próximodo dispositivo mais crítico. Tambémdeve-se colocar filtros nas linhas deentrada e saídas externas.O uso de ferrites e de placas de circuitoimpresso multilayer geralmentetambém é eficaz.Circuitos analógicos merecematenção especial. Embora operemem baixa freqüência, são vulneráveisa RF de alta freqüência retificado. Éinteressante inserir ferrites e pequenoscapacitores de alta freqüênciabem próximos destes circuitos. Oscircuitos analógicos mais críticos sãoos que trabalham com menor nível depotência, e freqüentemente tambémos que ficam mais próximos da fronteirado equipamento com o mundoexterno. Porém, há casos em que osegundo e terceiro estágios tambémmerecem atenção, pois alguma parteda energia de RF pode passar peloprimeiro estágio e ser amplificada porele.Muitos sensores analógicosmodernos (de temperatura, straingauges, e outros) incorporam circuitosativos no sensor. Desta maneira,o primeiro estágio de amplificaçãopode estar longe do sistema principal.Nestes casos, é necessário aumentara robustez nas duas pontas deum sistema interligado por um cabo:o sensor e o receptor. Isto é mostradona figura 1.Observe algumas técnicas praticadasnestes circuitos da figura 1:28Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003

EnergiaAtual- desacopla-se todas tensões de alimentaçãodos chips analógicos comcapacitores de alta freqüência;- coloca-se filtros de alta freqüência(capacitores de alta freqüência +ferrites) em todas as linhas queentram ou saem do equipamento;- a referência também recebe filtrosde alta freqüência, se não estiveraterrada.Reguladores de potência tambémmerecem atenção especial.Falhas nestes circuitos aparecemcomo falhas digitais, mas algunspoucos capacitores bem colocadospodem resolver estes problemas.Reguladores são dispositivos comrealimentação, portanto qualqueroffset causado por RF (DC ou modulado)pode afetar a tensão de saída.Se estes níveis ultrapassarem osvalores limites de uma alimentaçãopara um sistema digital, os efeitossão imprevisíveis. Uma técnica freqüentementerecomendada é colocarcapacitores de 1000 pF diretamentena entrada e saída de reguladores,tanto lineares como chaveados. Istopode ser observado na figura 2.Circuitos digitais podem ser afetadospor RFI, mas dificilmente comníveis menores que 10 V/m. Portanto,se você está projetando para o mercadocomercial (3 a 10 V/m) e observaruma falha digital devido a RFI,provavelmente trata-se de uma falhaem reguladores.Circuitos de entrada e saída, naperiferia do equipamento, devem utilizarfiltros de alta freqüência comoprimeira linha de defesa. O objetivoé isolar o sistema eletricamente doscabos que agem como antenas nãointencionais. Lembre-se que filtrosde alta freqüência geralmente devemcobrir uma ampla faixa de freqüência,entre 10 kHz e 1 GHz. Para tanto,geralmente necessitam dois ou trêsestágios cascateados em série. Estaanálise sobre filtros EMI foi feita noartigo anterior, a respeito dos distúrbiosno fornecimento de energia.Ferrites (ou beads) são muito úteispara aumentar a imunidade a RFI (etambém para ESD e emissões). Ferritespara EMI são mais efetivas nafaixa de 50 MHz a 500 MHz. Abaixo deF.2 Proteção para reguladores.50 MHz, sua indutância e resistênciasão muito baixas. Acima de 500 MHz,a capacitância dos terminais permitea passagem de altas freqüências. FerritesSMD (Surface Mounted Devices)podem funcionar bem na banda deGHz, pois não têm terminais expostos.Como regra, uma bead tem impedânciada ordem de 50 a 100 Ω em100 MHz, e alguns poucos ohms em1 MHz. Além disso, a energia de RFindesejável é dissipada na ferrite naforma de calor, ao invés de ser desviadapara outro ponto do circuito.Alguns cuidados devem ser tomadosao utilizar ferrites. Primeiro, tenhacerteza de utilizar ferrites EMI, aoinvés de ferrites de baixa perda.Segundo, utilize-os em um circuitode baixa impedância para alta freqüência.Capacitores shunt (derivaçãopara o terra) de 100 a 1000pF funcionam bem para propiciaresta baixa impedância, mas deve-semanter os terminais dos capacitorescurtos para diminuir indutâncias parasíticasdos mesmos. Terceiro, cuidadocom a saturação, que pode ser provocadapor correntes DC ou de baixafreqüência. Normalmente, pequenasferrites são adequadas para 100 a500 mA, e beads com o tamanho deum resistor de 2 W são adequadasde 5 a 10 A.Placas de circuito impresso multilayersão outras armas efetivas contraRFI. Já houve casos em que a imunidadecresceu 10 vezes ao mudar deuma placa de 2 camadas para outra de4 camadas. A imunidade cresce inclusivepara circuitos de baixa freqüência,como circuitos de áudio ou deinstrumentação. Muitos projetistas desistemas analógicos são resistentesà utilização de placas multi-layer porserem mais caras. Entretanto, problemasde alta freqüência como RFInormalmente requerem técnicas deprojeto de alta freqüência.Estas melhorias em placas multilayerse devem a dois efeitos. Primeiro,reduz-se as áreas de loop entretrilhas de sinal e alimentação, quepodem atuar como pequenas antenasnão intencionais. Segundo, obtém-seuma impedância de terra menor, o quediminui a amplitude do ruído sobre areferência de terra.Proteção em Cabose ConectoresQuanto mais alta a freqüência,maior deve ser a qualidade dos cabose conectores. Cabos atuam comoantenas não intencionais (tanto receptorascomo transmissoras) para energiade RF. Conectores propiciam fuganão intencional de (e para) a blindagemdo cabo, e maus conectorespodem transformar um ótimo cabo emineficiente.Cabos e conectores devem serconsiderados como um sistema, enão individualmente. Uma analogiaútil é uma mangueira de jardim. Suaconexão à torneira, e também entrea mangueira e a conexão, são tãoimportantes como o material da mangueiraem si. A melhor mangueirado mundo vaza se a conexão nãoé boa. O mesmo acontece comcabos e conectores para problemasde RFI. Seguem-se algumas recomendações:- Use blindagem de alta qualidadeacima de 10 MHz. Acima desta freqüência,fugas tendem a ocorrer atra-Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 200329

AtualEnergiavés da blindagem. Neste caso, deve-seutilizar malhas de alta cobertura,ou malhas sobre folhas metálicas.Somente folhas metálicas poderiamser utilizadas, mas uma ruptura poderiaprovocar fugas, portanto, malhassobre folhas são preferíveis;- Use conectores de alta qualidade.Este conselho é bom para qualquerfreqüência, mas particularmenteacima de 10 MHz. O objetivo é provercobertura de 360 o na junção entrea blindagem do cabo e o chassi doequipamento. Cada junção não deveoferecer fugas (blindagem do caboao conector, conector a conector, econector ao chassi);- Se não é possível blindar, filtre.Para cabos que transportam sinais deaté 1 MHz, filtragem pode ser utilizadanormalmente ao invés de blindagem.A 1 MHz, o comprimento de ondaé de 300 m, portanto a maior partedos cabos não funciona como boasantenas. A filtragem, mesmo, assimé necessária para evitar que freqüênciasmais altas entrem ou saiam dosistema através dos cabos. Pequenosfiltros de alta freqüência compostosde ferrites e de capacitores de bypassfuncionam bem. Mantenha os terminaisdestes componentes curtos, econecte os capacitores de bypass aoterra do chassis, não ao terra do circuito(a menos que estes dois terrassejam comuns). Coloque estes filtroso mais próximo possível dos conectorespara minimizar a captação doruído por trilhas ou fios do equipamento.Ainda melhor, use conectorescom filtros embutidos montados diretamenteno chassi;- Não esqueça dos cabos internos.Cabos internos ao equipamentotambém são antenas não intencionais.Cuidado com a rota destescabos, evitando que passem pertode ranhuras no chassi (por exemplo,ranhuras de ventilação). Isto é especialmentecrítico quando tais cabostransportam sinais analógicos debaixo nível de potência. Mantenha oscabos internos no mínimo a 5 cmde ranhuras e outras aberturas nochassi;- Se você está utilizando flatcables,utilize o máximo número defios que puder para retornos de terrae os espalhe uniformemente no cabo.Isto minimiza áreas de loop que funcionamcomo antenas. A melhor situaçãoé uma linha de retorno de terrapara cada sinal.Técnicas deAterramentopara RFA indutância é um grande vilão parao aterramento de RF. Muitos engenheirosse preocupam com a resistênciado aterramento, e se esquecem daindutância. Como regra geral, um fiocircular possui uma indutância própriade 10 nH por cm. Para a maior partedos fios, a reatância indutiva predominasobre a resistência em freqüênciasacima de 10 kHz. A 100 MHz, aindutância reativa é diversas ordensde magnitude maior do que a resistência.Um meio de reduzir a indutânciaé utilizar uma tira metálica larga egrossa ao invés de um fio circular.Em teoria, um plano infinito seria omelhor, mas do ponto de vista práticoé a relação de aspecto (comprimentopara largura) que importa.Uma relação de 3 para 1 é recomendável.O local mais adequado para aterraré próximo dos pontos de entradae saída no chassi. Esta técnicaajuda a manter a integridade da blindageme minimiza correntes de modocomum no cabo, desviando-as parao chassi.Se você deve aterrar sua placanum ponto único, faça-o o mais próximopossível dos conectores deentrada e saída. Esta técnica geralmenteé necessária para sistemasanalógicos, nos quais laços de terrade baixa freqüência são um problemasério.Para placas de alta freqüência oudigitais, aterre em múltiplos pontos dochassi através de conexões curtas,grossas e largas.Para placas mistas onde há circuitosanalógicos e também digitais,você pode fazer aterramentos múltiplosatravés de capacitores para aterraras altas freqüências, e manter umponto único de aterramento para asbaixas freqüências evitando loops deterra.O objetivo principal é desviar parao chassi correntes de RF, evitandoque cheguem aos circuitos vulneráveise a suas referências de terra.Problemas de RF freqüentemente sãoobservados em sistemas onde filtrosde EMI são conectados a referênciade terra do sinal, ao invés de no terrado chassis (quando estes 2 terras sãoisolados entre si).Técnicas de Blindagempara RFA maior parte dos sistemas de altavelocidade necessitam de algumablindagem, no mínimo para controlaremissões irradiadas. Se você precisaalcançar imunidade na faixa de 1 a 10V/m até 1 GHz, é complicado fazê-losem blindagem. Felizmente, a menosque você tenha de cumprir especificaçõesmilitares, 30 a 60 dB de eficáciada blindagem geralmente sãosuficientes (atenuações entre 30 e1000 vezes).Materiais de baixa espessura sãoadequados para blindagem. Finascoberturas condutivas proporcionamblindagem efetiva na faixa de RFentre 10 kHz a 10 GHz e acima.Folhas de alumínio proporcionam 90dB de blindagem nesta faixa de freqüência.Pinturas metálicas de níquelou cobre de baixa espessura proporcionam40 a 60 dB, e deposição eletrolíticaproporciona 80 dB ou mais.Isto pode ser utilizado em chassisfeitos de plástico, na parte internados mesmos.Às vezes pode ser necessário utilizarchapas de aço para blindar. Blindagensfinas são ineficientes paracampos magnéticos de baixa freqüência,tais como os provocados porfontes de alimentação ou circuitosde deflexão magnéticos. Neste caso,você precisa de chapas de aço grossasou outro tipo de material ferroso.Geralmente, estas considerações nãosão relevantes acima de 20 kHz. Emespecial, lembre-se de que blindagensfinas ajudam a resolver a maior partedos problemas de imunidade a RFI.Ranhuras (exemplo: para ventilação)podem destruir blindagens contraRF. Estas descontinuidades agemcomo antenas de fendas (slot antenas),que reirradiam energia de altafreqüência.Por isso você deve manter seuscabos e placas de circuito impressoslonge destas ranhuras.30Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003

É a dimensão mais longa da ranhura que é crítica, e nãoa sua área. Uma regra é limitar a maior dimensão da ranhuraa 1/20 do comprimento de onda da maior freqüência de interesse.Para 100 MHz, isto significa 15 cm, mas para 1 GHz,apenas 15 mm. Mesmo esta regra pode não ser suficiente,pois produz uma atenuação de apenas 20 dB através daranhura.Penetrações não filtradas também podem destruir blindagenscontra RF. Se um fio isolado passar através dablindagem, e este fio não for filtrado, ele poderá transportarruído por dentro do sistema blindado. Todas penetraçõesdevem ser ou aterradas no chassi, ou desacopladascontra o chassi via filtros de alta freqüência. Obviamente,você não pode aterrar diretamente cabos de potência oude sinal, mas neste caso filtre-os antes de passar pela barreirade blindagem.Aqui, vão algumas recomendações sobre blindagem para RF:- Use uma cobertura metálica, com o mínimo de ranhuras;- Filtre ou aterre todas as penetrações de cabos na blindagem;- Mantenha a máxima dimensão das ranhuras menor que12 mm se você precisa imunidade até 1 GHz, e mantenhaos cabos e circuitos críticos pelo menos a 5 cm destasranhuras;- Você pode precisar de materiais de vedação (gasket materials)para suas ranhuras, portanto projete os chassis paraadicionar estes materiais, se necessário.TESTES DE IMUNIDADE A RFIPara imunidade a RFI, uma norma comercial chaveé a IEC-61000-4-3, que prescreve campos de 1 a 10V/m numa faixa de freqüência de 80 a 1000 MHz. Estessão os testes que são utilizados pela Comunidade Européia.Outras organizações, como a FDA (Food and DrugAdministration, nos Estados Unidos) também adotam estanorma. Ela é recomendada para fabricantes de equipamentoseletrônicos mesmo quando um nível obrigatórionão existe para seus produtos ou mercados.Normas diferentes são utilizadas nos contratos militares(MIL-STD-461, Estados Unidos) e automotivos (SAEJ1113).CONCLUSÕESEste terceiro artigo da série sobre EMC/EMI abordouproblemas de imunidade a RFI, analisando de que maneirapodem causar falhas, e como se pode preveni-los.Outros artigos desta série prosseguirão abordando outrostipos de interferências eletromagnéticas e tópicos relacionados,como componentes, blindagem e aterramento.Bibliografia- Daryl Gerke e Bill KimmelEDN: The Designer’s Guide to Electromagnetic CompatilibityKimmel Gerke Associates Ltd.*Osmar Brune é projetista de produtos e sistemas daAltus Sistemas de Informática.

Copesul/DivulgaçãoAtualAutomaçãoNotíciasArquiteturas de Sistemas deAutomação Industrialutilizando CLPsPaulo C. de CarvalhoNeste artigo faremos uma abordagem sobre os aspectos decomunicação de dados para arquiteturas comumente utilizadas emautomação de plantas de processos industriais empregando ControladoresLógico Programáveis – CLPs.Aprimeira coisa que é discutidaem um processode automação é qual amelhor arquitetura para que o sistemaatinja as exigências de um determinadoprojeto. Existem várias formasdiferentes de arquitetura que satisfazemas exigências do projeto e ofator custo é muito importante, poistodo projeto tem uma limitação deinvestimento que já foi previamenteaprovada pela diretoria da empresa.Fatores como prazo para a conclusãodo serviço e necessidade maiorde mão-de-obra também influem naescolha da melhor arquitetura para osistema de automação. Assim, trataremosaqui de alguns conceitos quedevemos levar em consideração naanálise de uma arquitetura.NÍVEIS DO SISTEMA DE AUTOMAÇÃONível 0 – Neste nível ficam os elementosque “aquisitam” e comandamas grandezas físicas do chão-defábrica.Podemos citar elementos deaquisição de sinais: sensores, transmissoresde temperatura, pressão,chaves de fim-de-curso, contatos derelés, etc. E os atuadores: contatoras,válvulas, inversores de freqüência,etc... Além dos componentesconvencionais, ou seja, aqueles quedisponibilizam ou recebem sinais emcorrente ou tensão, temos também osequipamentos que possuem recursosde comunicação serial e, nesse caso,possuem múltiplas funções associadasa um único cabo de conexãocomo, por exemplo, os multimedidoresde energia e equipamentosespeciais de medição de grandezasanalógicas como nível e temperatura.Nível 1 - Neste nível ficam os CLPsmontados em painel elétrico que receberãoos sinais do nível 0. Nele, asinformações vindas do nível 0 sãotratadas e o software dos CLPsirá cuidar de deixar estas informaçõesprontas para serem exibidaspara os operadores através de InterfacesHomem-Máquina Locais ou aindaserem enviadas a um nível acimapara serem visualizadas em salasde operação através de Sistemas deSupervisão (veja na foto ao lado). Emindústrias de processo, os CLPs estarãosempre conectados entre si como nível de supervisão através de umarede de comunicação industrial.Nível 2 - Neste nível ficarão asinterfaces Homem-Máquina – IHM– também chamadas de Sistemasde Supervisão, que são computadoresindustriais rodando softwaresde supervisão e controle conectadosem rede aos CLPs. Atravésdesses equipamentos, o operadorpoderá comandar a planta por meiode telas gráficas, gráficos de tendências,relatórios de alarmes e relatóriosde produção.Nível 3 - Neste nível fica o sistemacorporativo da planta que acessa umbanco de dados onde outros relatóriosgerenciais são gerados e os aplicativossão normalmente desenvolvidoscom ferramentas do tipo Visual Basicou Delphi. O Sistema de Supervisãodo nível 2 tem interface com o sistemacorporativo através do banco dedados que é o ponto de “junção” dosníveis de supervisão e corporativo daplanta.No campo da Automação, diariamentesurgem novas tecnologias enovos conceitos e observa-se nomercado que as empresas tendem aser conservadoras na hora de adquirirtecnologia e querem aquilo quecomprovadamente funciona. Umanova tecnologia é mais bem aceitaem situações onde o risco de suaaplicação é compensado pelos benefíciosque essa tecnologia poderátrazer.Ainda aproveitando a divisão emníveis feita anteriormente, iniciaremosnossa discussão falando sobreo nível 0 ou nível de campo, onde32Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003

NotíciasAutomaçãoAtualtemos a aquisição dos sinais dochão-de-fábrica responsáveis pelasinformações indispensáveis na automação.Aqui a grande pergunta quesurge é:É melhor utilizar remota para aaquisição dos sinais ou levar ossinais através de cabos elétricosdiretamente até o CLP?A remota é um hardware que“aquisita” os sinais digitais e analógicose possui um canal de comunicaçãoserial onde esses dados sãodisponibilizados em um protocolo decomunicação como, por exemplo, oMODBUS, PROFIBUS, DEVICENET,AS-i, entre outros. A diferença básicaentre eles está na velocidade de transmissão,capacidade de diagnóstico defalhas e facilidade de configuraçãodos equipamentos em rede. Para sefazer uma comparação entre os doisprimeiros que são amplamente utilizados,temos: a velocidade de comunicação:o MODBUS chega a 38.400bps, enquanto o PROFIBUS podechegar a 12.000.000 bps. Este últimotambém possui mais informações dediagnóstico, mas é mais caro e existemmenos equipamentos com essainterface. A idéia da remota é apenastransferir os dados para o CLP semfazer nenhuma lógica entre eles, ouseja, sem fazer nenhum intertravamento,apenas passar as informaçõespara o CLP que processa essas informações.Nessa escolha devemos verificaralguns aspectos:Ligação elétrica: O custo de ligaçãoelétrica é menor para as remotas,pois você leva um único cabo de redeaté o CLP ao invés de levar um cabopara cada sinal no caso de ligaçõesconvencionais. Essa é a principal vantagemda remota.Velocidade de atuação: A aquisiçãode sinais diretamente peloCLP é mais rápida que a feita porremota. Quando você escolher aaquisição através de remotas, questionejunto ao fabricante do equipamentoo tempo de aquisição dossinais, principalmente quando necessitamosfazer algoritmos de controletipo PID. Neste caso precisamosaquisitar, enviar via rede o valor analógicopara o CLP que executaráo algoritmo PID e retornará o sinalpara o atuador. O tempo de atualizaçãodo controle deverá ser levadoem conta e deverá ser menor quea soma dos tempos de aquisiçãoe processamento do CLP para quenão resulte em mau funcionamentodo controle, o que poderá inviabilizaro sistema.Segurança: Em processos industriaiscontínuos, a parada de produçãoimplica em grandes prejuízospara a companhia e paradas daplanta devem ser evitadas de todasas formas. Logicamente, a automaçãonão deve ser a causadora doproblema de parada e as perguntasmais freqüentes são:E se a rede da remota falhar?O risco deverá ser analisado e,caso o tempo de parada para a manutenção(cerca de 3 horas) seja umfator de muito risco para o processo,a solução será colocarmos uma rederedundante e, se possível, lançar oscabos por caminhos diferentes. Ocusto aumentará, mas, se a segurançaé o fator principal, com certezaesse custo será justificável.Pode ocorrer problema de interferênciana rede e isso provocarfalha de comunicação entre o CLPe a remota?Esse tipo de conexão atende amaioria das necessidades se a blindagemdo cabo elétrico em RS-485for bem aterrada e, se este cabo forpassado em eletroduto galvanizadoaterrado, e ainda for escolhida umatrajetória para o cabo de forma quepasse longe de cabos de alta tensãoe fontes de ruídos elétricos.Entretanto, quando o ambientepossui muito ruído elétrico como, porexemplo: local com máquinas comsolda por indução, subestações eusinas de energia, etc., é aconselhávela utilização de fibras ópticas.Outra vantagem da fibra óptica é quea velocidade não diminui com a distânciacomo no caso do cabo elétrico.Para conexões longas, acima de 100metros, ou quando o ambiente possuicampo elétrico muito intenso, a fibratorna-se indiscutivelmente a melhorsolução de meio de transmissão.E se a cabeça remota falhar, vouperder todos os sinais que estouaquisitando?A resposta é sim. Neste caso, seo tempo de manutenção para trocada cabeça remota (da ordem de 1ou 2 horas) não puder ser tolerado,alguns fabricantes oferecem a possibilidadede redundância na cabeçaremota. A troca da cabeça defeituosaé feita automaticamente pelo equipamento,chamado de troca tipo “hotstand by”.A remota também pode fazerintertravamento?Até aqui vimos duas possibilidades:fazer a aquisição via cabo convencionalou via cabeça remota e oprocessamento no CLP. Para algunsprocessos é possível também quea remota faça um pequeno processamentolocal evitando que a perdade comunicação implique em riscoao sistema. Ou seja, no lugar deuma remota pode ser colocado umpequeno CLP que aquisita os sinaisde campo, executa intertravamentoe disponibiliza as informações parao CLP central. Nesse caso, essepequeno CLP normalmente possuiIHM local para que os dados possamser acessados por um operadorlocal, deixando o sistema mais versátile com menor dependência darede de comunicação com o CLPcentral. Essa solução é utilizada,por exemplo, para certos controleslocais que não podem parar como ocontrole de temperatura de um fornoou o controle de variáveis analógicasem um evaporador. É bastantecomum, nessa situação, um CLPlocal aquisitando os sinais, fazendoo processamento local. Existe umaIHM para o operador alterar os setpointsno local e este CLP poderáestar ligado em rede com outro CLPmaior.Muitos CLPs já vêm integrados agrandes máquinas ou projetos. Isso émuito comum nas indústria automobilísticae alimentícia. Nesses casos,o comprador deverá atentar paraevitar comprar uma “caixa preta”, ouseja, comprar um CLP com protocoloproprietário e sem condição deser colocado em rede com outrosCLPs da planta. O ideal é especificaruma porta de comunicação disponívelem protocolo aberto como,por exemplo, MODBUS-RTU, PRO-FIBUS-DP, FIELD BUS, etc., os quaisMecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003 33

AtualAutomaçãoNotíciasdevem ser as variáveis que o fabricantedeverá deixar disponível paraque esse equipamento possa serintegrado na rede de campo dafábrica. Sempre que possível, o compradordeverá verificar qual o CLPque virá no equipamento e solicitaralgumas opções para a marca doCLP para garantir a compatibilidadeem rede e facilitar a manutençãofutura.OUTROS EQUIPAMENTOS COMINTERFACE SERIALEquipamentos como medidoresde grandezas elétricas, inversores defreqüência, relés de proteção, etc.possuem interfaces seriais. Nessescasos, a preocupação deverá sertanto com o protocolo quanto com oformato que os dados são disponibilizados.A intenção é evitar o extensotrabalho de formatação de dadospelo programa do CLP, e aumentodo custo do projeto com o desenvolvimentode gateways (equipamentosque convertem protocolos de comunicação).Devem-se evitar incompatibilidadeselétricas com a mistura de equipamentosdiferentes na mesma redede comunicação, ainda que possuamo mesmo protocolo. Para se evitareste tipo de problema é sempre bomum teste prévio na etapa de desenvolvimentodo projeto (ver coluna sobrerede MODBUS na seção Problemase Soluções).A figura 1 ilustra a arquiteturade nível 0 de uma indústria de processoscom a aquisição de sinaisde Entrada e Saída(E/S) convencionalutilizando cabos multivias quesão conectados ao CLP. A figura 2mostra a arquitetura de nível 0 deuma industria de processos com aaquisição de sinais de E/S convencionaisempregando remota conectadavia cabo de rede ao CLP. Nestecaso, há uma diminuição do serviçode ligação elétrica, uma vez que aremota é colocada a mais próximapossível do elemento de campo.Após digitalizar os sinais, a remotadisponibiliza uma interface de comunicaçãoserial para o CLP e basta,então, um cabo de comunicaçãoentre os dois equipamentos.F.1 Arquitetura de nível 0 com cabosmultivias.F.2 Aquisição de E/S via remota.Na figura 3 é apresentada a interfacecom o campo utilizando umaremota e a interface via rede serialcom equipamentos especiais que dispõemde interface serial. Para isso énecessário que o CLP possua canaisde comunicação no mesmo protocolode comunicação desses equipamentos.A tendência atual é de cadavez mais equipamentos possuíreminterface serial de comunicação. Porsegurança, além dos dados seremenviados via rede, alguns sinais dealarme e condições de segurança(sinais de segurança de uma caldeira,por exemplo) devem ser enviadostambém via cabeamento convencional.Vamos agora analisar o Nível 1 daarquitetura onde ficam os ControladoresLógicos Programáveis. Aqui agrande pergunta que surge é:Qual é o melhor CLP a utilizar?A resposta para esta pergunta,naturalmente, não é tão simplesporque existem muitas marcas nomercado e o técnico que está especificandoo equipamento ou sistemadeverá se concentrar na especificaçãoque o equipamento deverá atender.Uma vez atendidas as especificações,certamente mais de uma marcapoderá ser escolhida e outros fatorescomo preço, prazo, assistência técnicae custo do serviço associado definirãoa compra. O objetivo dessa análiseé apresentar as características fundamentaisexigidas para os sistemas deautomação utilizados na indústria deprocesso.REDE DE COMUNICAÇÃOENTRE OS CLPs E O SISTEMADE SUPERVISÃOEssa rede de dados vai interligaros vários CLPs permitindo que asinformações sejam disponibilizadasem uma sala de controle. Algunsdeles utilizam redes com protocolosproprietários e isso poderá limitaro usuário quando ele necessitarampliar o sistema. Para evitar essetipo de problema, a rede mais utilizadaatualmente para o nível 1 éa rede Ethernet. Aqui vale lembrarque existem diversos protocolos decomunicação disponíveis em Ethernete que em uma mesma redeEthernet podem trafegar diferentesprotocolos e até mesmo os protocolosde e-mail e de transferênciade arquivos (FTP). É comum separara rede ethernet da planta da redeethernet do resto da indústria paraevitar problemas de tráfego na rededo sistema de automação. Freqüentemente,chamamos a rede ethernetdo sistema de automação de redeethernet industrial. Existem equipamentosdisponíveis no mercadopara redes ethernet industriaisredundantes em formato de aneldando ao sistema um nível adequadode confiabilidade da rede(ver www.hirschmann.com). O cabode rede ethernet do tipo par trançadopermite interligar distâncias deapenas 100 m. Já utilizando fibraóptica do tipo multimodo, podemosatingir tipicamente 3 km sem o uso34Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003

NotíciasAutomaçãoAtualpara a comunicação entre os CLPse o sistema de supervisão é:Disponibilidade no CLP e nodriver do Sistema de Supervisãode rede de comunicação Ethernet,sendo desejável para sistemas degrande porte que exista recurso paracomunicação por mensagem nãosolicitada.REDE DE COMUNICAÇÃOENTRE OS CLPs E OUTROSEQUIPAMENTOSF.3 Aquisição de E/S via remota e via comunicação serial com equipamentos inteligentes.de repetidor. A figura 4 ilustra umarede ethernet industrial em formatode anel óptico redundante.Como vimos anteriormente, acapacidade do CLP se conectar auma rede aberta do tipo etherneté fundamental para automação deprocessos industriais. Outro aspectoa considerar será a performancedessa comunicação. A performanceda rede está associada à sua velocidadede comunicação e à formacomo são transmitidos os dados.Com relação à velocidade da redede CLPs podemos dizer que a velocidadede 10 Mbits/s atende a grandemaioria dos processos industriais,onde o tráfego de dados é bemmenor que na rede ethernet administrativa.No entanto, alguns CLPsjá possuem rede com velocidade de100 Mbits/seg (fast ethernet). Porém,o principal “gargalo” para o sistemanão é a velocidade do meio de transmissão,mas sim a forma como oCLP trata essa comunicação. Háduas formas básicas para comunicaçãode dados entre os CLPs eos sistemas de supervisão: Pollinge “Mensagens não Solicitadas”. Nacomunicação por polling, quem tomaa iniciativa de comunicação é sempreo sistema de supervisão, que pedepara o CLP as tabelas de comunicação.Independentemente, de terhavido modificação nos dados lidospelo CLP, o supervisório fará a leituradesses dados de forma cíclica comtempo de polling ajustado no sistemade supervisão. Assim, a cada solicitaçãodo sistema de supervisão oCLP deverá preparar os dados solicitadose disponibilizar os mesmosna porta ethernet para comunicação.Esse tempo, em geral, é maiorque o tempo do próprio meio detransmissão, ou seja, a performancedesse sistema depende muito maisda velocidade do CLP de disponibilizaros dados para transmissãodo que da velocidade do canal decomunicação. No modo de comunicaçãopor “mensagem não solicitada”,o CLP é que toma a iniciativade comunicação mandando para osistema de supervisão apenas astabelas de dados onde houve alteração.De tempos em tempos o CLPmanda todos os dados, independentementede ter havido alteração nosmesmos, e esse envio é chamadode comunicação para integridadedos dados. O sistema de comunicaçãopor mensagens não solicitadasmelhora muito a performance, principalmentepara meios de transmissãoque tenham baixa velocidade ousistemas que tenham grande volumede dados. A desvantagem de se utilizarmensagens não solicitadas éque o tempo de desenvolvimentodo programa ladder do CLP serámaior, aumentando o custo de serviços.Além do CLP, o sistema desupervisão também deverá admitiro recurso de mensagem não solicitadano seu driver de comunicação,e essa característica não está disponívelem todos os drivers de comunicação.Assim, resumidamente, acaracterística importante a analisarna rede de comunicação do CLPComo já foi discutido anteriormente,é comum em CLPs para controleindustrial a comunicação comvários equipamentos inteligentes dochão-de-fábrica: remotas, inversoresde freqüência, controladores locaisespecializados e interfaces homemmáquinalocais. Sendo assim, é fundamentalque na especificação dessesequipamentos se leve em conta aquantidade de canais seriais de comunicaçãoque devem estar disponíveis,informando o protocolo de comunicação(profibus ou modbus, por exemplo)e o meio físico da comunicação(RS-232, RS-485 ou óptico).A seguir, exibimos na figura 5 umaarquitetura típica do nível 0 e 1 de umsistema de automação. Observar asvárias redes de comunicação: Redeethernet industrial entre os CLPs eo nível 2 (sistemas de supervisão),rede de comunicação entre o CLP eequipamentos inteligentes (remotas econtroladores locais especializados) eentre o CLP e IHM locais.CONCLUSÃONeste artigo analisamos o nível0 (nível de aquisição de sinais decampo) e o nível 1 (nível comunicaçãoentre CLPs e o sistema de supervisão)da arquitetura dos Sistemas deAutomação. Esperamos, então, que oleitor possa analisar esses aspectosna escolha da melhor arquitetura paraum sistema de automação. No próximoartigo abordaremos os demaisníveis da arquitetura de um sistemade automação.*Paulo C. de Carvalho é gerente de Engenhariada Altus/Campinas.Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003 35

AtualAutomaçãoNotíciasF.4 Rede ethernet industrial em formato de anel óptico redundante .F.5 Arquitetura de sistema de automação.36Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003

Controladoresde movimentoMário Sergio Di Grazia*A revolução industrial foi, sem dúvida, um marco inigualável nahistória moderna. A produção artesanal, dependente da habilidadeindividual, deu lugar à produção em massa, reduzindo os custos deprodução, elevando a qualidade e permitindo o acesso a bens de consumoe bens duráveis a uma parcela cada vez maior da população.A automação de máquinas e equipamentos é a força propulsora daindústria moderna. Este artigo visa ilustrar o funcionamento básico dosControladores de Movimento e sua contribuição ao desenvolvimentoda indústria em geral.DispositivosAtualOcrescente aumento do usode servo-acionamentos einversores de freqüênciaem máquinas de processos dedicados,fez surgir os controladoresde movimentos, agregando característicasde controladores numéricoscomputadorizados (CNCs) com asmesmas funções e a facilidade de programaçãode um controlador lógicoprogramável (CLP).Os controladores de movimentos(figura 1) são equipamentos desenvolvidospara automação de máquinasque necessitam de controle deposição, de trajetória, de velocidadeou torque.Possuem funções específicas paracontrole de servo-acionamentos comoposicionamentos simples, interpolaçãolinear, interpolação circular, interpolaçãohelicoidal, cames eletrônicos,engrenagem eletrônica entre outros.Tais funções são geralmente reunidasem blocos funcionais permitindofácil programação, reduzindo o custode desenvolvimento do projeto, vistoque as mesmas já se encontram prontaspara uso, evitando a criação dealgoritmos complexos e demorados.F.1 Controladores de Movimentos.Para facilitar a compreensão das funçõesdos controladores de movimentos,descreveremos algumas das funçõesprincipais normalmente encontradasnos controladores de movimentodisponíveis no mercado.CONTROLE DE TORQUEPermite o controle preciso dotorque do servomotor independentementeda velocidade e posição domesmo. O controle de torque é normalmenteutilizado em aplicações onde agrandeza fundamental de controle é otorque e/ou a força aplicada à carga.Podemos citar como exemplo as operaçõesde rosqueamento de tampascomo as de embalagens de dentifrício,potes, frascos, etc., onde otorque de aperto deve ser o suficientepara garantir o perfeito fechamento daembalagem, porém não tão elevadoque impeça sua abertura.O controle de torque ainda é utilizadopara aperto de parafusos emblocos de motores e de máquinas,como também no controle de traçãoem bobinadeiras e desbobinadeiras.CONTROLE DE VELOCIDADEÉ uma das funções básicas de umcontrolador. O controle de velocidadeé realizado em malha fechada por realimentaçãode um encoder ou geradorde pulsos. O controle em malhafechada proporciona alta precisão decontrole mesmo com grandes variaçõesde carga.É essencial no controle de “spindles”ou eixos - árvores em tornose/ou máquinas operatrizes, principalmenteem operações de usinagens deroscas, onde um desvio de velocidadeirá representar alteração no passo dofilete, inutilizando a peça.POSICIONAMENTOHá vários tipos de posicionamentosdependendo da função a ser realizadapela máquina. No caso de umposicionamento, o importante é levaro servomotor à posição solicitada coma máxima precisão.O posicionamento pode ser incrementalou absoluto. No posicionamentoincremental, o controlador demovimentos conta os pulsos do encoderincremental e controla o servomotorde forma a atingir a posiçãosolicitada. No caso de perda de energia,a máquina deverá ser reiniciadaa partir da posição zero, visto que oencoder incremental não memoriza asua última posição. A maioria dos controladorespossui uma função específicadenominada “Home Position” oubusca da posição zero ou referenciamento,permitindo referenciar automaticamentea máquina. A função“Homing” utiliza normalmente o pulso“C” do encoder como referência deposição zero.Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003 37

AtualDispositivosNo posicionamento absoluto énecessário a utilização do encoderabsoluto o qual informa em tempo realsua posição, mesmo com queda deenergia, não sendo necessário reiniciarou referenciar a máquina.A precisão do posicionamento édada pelo número de pulsos do encoder.Para um posicionamento precisoé recomendável que a resolução seja10 vezes maior que a resoluçãoda máquina. Por exemplo, para umamáquina que trabalhe com posicionamentosvariando em 0,1 mm, o encoderutilizado deverá indicar 0,01 mmpor pulso. Esse procedimento é necessário,visto que o posicionamento perfeitonão existe. O mesmo varia dentrode uma faixa aceitável de desvio,sendo normal o erro de mais oumenos um ou dois pulsos no final doposicionamento.Na maioria dos controladores, épossível estabelecer a faixa de desviode posição aceitável, sendo o errosinalizado pelo mesmo.Normalmente, é necessário informarao controlador apenas o diâmetroe a posição inicial do círculo e o controladorse encarregará de mover oseixos X e Y de forma a gerar o movimentocircular solicitado. A figura 3exibe uma mesa X,Y produzindo ummovimento circular.INTERPOLAÇÃO HELICOIDALEla necessita de três eixos, sendoformada pelas interpolações linear ecircular resultando em uma trajetóriahelicoidal, como o filete de uma rosca,conforme se vê na figura 4.Geralmente é necessário informarapenas o diâmetro e o passo ao controladorassim como as coordenadasde partida.ENGRENAGEM ELETRÔNICAEssa é uma das funções típicasdos Controladores de Movimentos. Ocontrolador garante o sincronismo defase mecânica da mesma forma queum conjunto de engrenagens.INTERPOLAÇÃO LINEARPara interpolação linear é necessáriaa utilização de dois eixos. Eixoé o nome genérico dado a um acionamentoindividual. A figura 2 ilustrauma mesa posicionadora X,Y, responsávelpelo deslocamento do cabeçotede corte a laser.Na interpolação linear os eixosX e Y são controlados de formaque a somatória dos dois movimentosresulte em uma trajetória linear,também denominada de interpolaçãolinear.Na maioria dos Controladores deMovimento é possível programar comfacilidade trajetórias lineares para formaçãode figuras geométricas definidasou compor figuras lineares porjustaposição de trajetórias. A figura2 mostra uma interpolação linear formandoum triângulo, que será cortadopor um feixe de laser ou maçarico.F.2 Exemplo de Interpolação Linear.INTERPOLAÇÃO CIRCULARA interpolação circular é obtida pordois eixos de forma que o resultadoda ação conjunta dos mesmos resulteem um círculo.F.3 Exemplo de Interpolação Circular.38Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003

DispositivosAtualmento do came no eixo do servo.Normalmente, é utilizado um encoderinstalado em um ponto da máquinacomo referência de posição. Caso amáquina varie de velocidade, o controladorirá seguir essa variação emfase mecânica variando sincronizadamentea execução do came eletrônico.F.4Exemplo de Interpolação Helicoidal.F.6 Exemplo de Came Eletrônico.A figura 5 ilustra a aplicação emuma máquina impressora de quatrocores.No arranjo da esquerda, os castelosde impressão são acionadospor um eixo único que distribui omovimento para cada castelo atravésde engrenagens. O motor de acionamentoé único e como a transmissãode movimentos é mecânica, existe umperfeito sincronismo entre os castelosde impressão.No arranjo da direita, os eixos eengrenagens foram substituídos porservomotores acionados por um Controladorde Movimentos. Esse arranjoé chamado de “Shaftless”, pois eliminao eixo único, reduzindo a complexidadede construção da máquinae permitindo maiores velocidades deoperação.A função de engrenagem eletrônicapermite ainda alterar o valor deengrenamento eletronicamente, comotambém avançar ou atrasar a fase deum dos servomotores, permitindo fácilajuste das cores de impressão.CAME ELETRÔNICOEsta função permite criar um movimentocomplexo sincronizado a ummovimento de referência externo. Afigura 6 apresenta o arranjo mecânicotípico onde um motor aciona atravésde um redutor um came mecânico,que por sua vez aciona um êmboloproduzindo um movimento horizontalde acordo com o formato externo docame.A utilização de um Controlador deMovimentos substitui o came mecânicoe seus acessórios por um servoacionamentoe um fuso de esferas.Através de programação adequada,o controlador de movimentosreproduz eletronicamente o movi-FUNÇÕES LÓGICASFreqüentemente, os Controladoresde Movimentos oferecem, além dasfunções específicas de controle demovimentos, funções lógicas programáveisem diagrama de blocos dotipo “Ladder”, permitindo a implementaçãode lógicas de intertravamentoe comando, facilitando o projeto einstalação, visto que todo o controletorna-se residente em um único equipamento.CONCLUSÃOPodemos concluir que os Controladoresde Movimentos foram desenvolvidospara facilitar a automação demáquinas e linhas de produção atravésda inserção de complexas rotinasde posicionamento e interpolação emsimples comandos de programação.Inicialmente destinados às máquinasde maior grau de complexidade, atualmenteestes controladores (pela suarazoável redução de custos) já são utilizadosem um número cada vez maiorde máquinas e equipamentos, reduzindocustos de produção e permitindoampliar a produtividade e qualidadedas máquinas e linhas de produção.F.5 Exemplo de Engrenagem Eletrônica em uma máquina gráfica.*Mário Sergio Di Grazia é engenheirode aplicação da Yaskawa Elétrico doBrasil.Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003 39

AtualRetrofittingPrincípios dosmotores linearesPaulo E. Pansiera*O motor linear nada mais é do que uma massa com propriedadesmagnéticas, que é atraída ou repelida por outra e restringida a andarem trilhos.MOTORES LINEARES EMMÁQUINAS-FERRAMENTAAmesma força magnéticaque faz um rotor de ummotor convencional girar éa responsável pela propulsão em ummotor linear. O princípio é o mesmo,ou seja: tome um motor comum decorrente contínua e desenrole o estatorcom o mostra a figura 1. O efeitoproduzido pelo eixo, que é conhecidocomo torque (produto da força peladistância do centro do rotor até a circunferênciamédia do estator) passaagora a uma única grandeza que é aforça tangencial.A potência, que no motor com rotoré calculada pelo produto do torquepela rotação, é no motor linear, calculadapelo produto força x velocidademédia.Para fazer o motor linear da figura1 mover-se, basta excitarmos o estatordesenrolado da mesma forma quefazíamos quando este se apresentavaem disposição circular: alternando ospólos e buscando um alinhamento deopostos entre a parte móvel e fixa.Quanto mais rápido alternarmos ospólos, mais veloz será o nosso motor.A perfeita combinação de freqüênciade chaveamento e corrente produziráum campo magnético capaz de asseguraracurácia e velocidade. Para tal,sempre em combinação com um motorlinear, deverá vir um conversor estáticoCA-CC ou CA-CA, dependendo da tecnologiado motor, assim como fazemoshoje com servomotores síncronos.Em máquinas-ferramenta, o modelode motor linear mais usado é o deindução. Neste motor, a parte móvelé chamada de primário e construtivamenteé análoga ao estator (se bemque aqui não temos uma forma circular).Observe a figura 2.O outro pólo magnético forte échamado de secundário (figura 3).Osecundário é uma única peça (setor)ou seqüência de peças, com núcleode imãs permanentes e acessóriospara sua fixação à máquina.A disponibilidade comercial dosecundário está em setores de 200, 300ou 500 mm, ou até de outras dimensões,dependendo do fabricante. Oprimário deverá sempre estar completamenteemparelhado ao secundário,por conseguinte, o número de setoresdo secundário deve ser suficiente paratodo o curso útil do eixo e ainda algumafolga. Na prática, percebe-se que amelhor folga é exatamente o comprimentodo primário, sendo 50% de sobrade secundário em cada extremidadede eixo (figura 4).Em termos de performance, taismotores possuem características querevolucionam a dinâmica da máquina.F.1 Princípio do motor digital.É claro que o trabalho da força tangencialserá sempre o mesmo, nãointeressando se o motor é rotativo ouse é linear. Já a velocidade não. Comfusos de esfera, estávamos limitadosa rotações de 3000 e 4000 rpm, aproximadamente.Se desejássemos altasvelocidades com esses fusos, deveríamosdispor de passos largos e daí nãohaveria rigidez do fuso se os mesmosnão fossem de diâmetros apreciáveis:63 mm, 80 mm ou ainda maiores. Cominércias desta grandeza, principalmentepara a frenagem e aceleração,não era possível obter deslocamentosrápidos em curtas distâncias e,dessa forma, ficávamos “escravos” demáquinas lentas e dizíamos (na verdadeainda dizemos) que o limite eramecânico.Os motores lineares vieram paraampliar esse limite. Modelos tradicionaisatingem 14500 N em velocidadesde 100 m/min. Para velocidades de200 m/min, a força fica reduzida praticamenteà metade. Perceba porémque quando nos encontramos em altasvelocidades, não estamos requerendoesforço de corte e, portanto, as forçasnão precisam ser grandes. Já as velocidadessim, afinal, quando não estamoscortando, o tempo é morto.No caso da grandeza de força,considere um fuso de 60 mm de diâmetro.Se tivermos um motor linearproduzindo 10.000 N, isso equivalea termos um torque de 300 Nm naponta do fuso mencionado. É torquesuficiente para acionar muitas máquinas.Entretanto, se for necessário umaumento de força, pode-se usar umacombinação de dois primários paraproduzir um campo magnético maisforte.A figura 5 ilustra um exemplo deaplicação múltipla de motores linearesem máquina-ferramenta. Trata-se de40Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003

RetrofittingAtualuma fresadora tipo portal onde todosos eixos são lineares, assim como osmotores. Em motores lineares estamossalvos dos desgastes de fuso,folga da porca, necessidade de lubrificaçãoda porca, flexão e vida dosrolamentos de mancalização.Para utilizar um motor linear, amáquina deverá ser “pensada” paratal. A própria estrutura mecânica quecarrega a ferramenta deverá ser rígidae leve, de forma a beneficiar-se dasvelocidades e acurácia destes motores(figura 6).Casos práticos mostram que motoreslineares possuem acurácia inferiora um centésimo de mícron: issomesmo, cem vezes menor que ummícron. Quer mais? Acelerações de2G. Com isso, você já tem motivos desobra para pensar ou, ao menos, considerarutilizar esses motores em umafutura aplicação.Alguns reprovam meu discursodizendo que eu não me refiro aocusto desses motores. Sem dúvida, ocusto por kW de um motor deste ésuperior (cerca de quatro vezes) aoequivalente rotativo. Contabilize que omotor linear elimina o uso de fusosde esfera, porcas e rolamentos, alémde ser afetado pela baixa demanda demercado.O mesmo aconteceu com os computadores:no começo os preços eramexorbitantes até que alguém inventouo PC para a sua casa. O motor linear jáestá nesse estágio. Não estou dizendoque você deve trocar todos os motorespor lineares desde já, mas considereinicialmente uma combinação.Máquinas híbridas estão surgindo,principalmente na área de linhas transferpara indústria automobilística etornos verticais. Nestes últimos, umeixo que é usado tanto para a usinagemcomo para a carga e descarga, éequipado com motor linear, enquantoque os demais ainda permanecemcom o conjunto tradicional de fuso deesfera e porca dupla.DIAGRAMA DE FORÇASE VELOCIDADESF.2 Parte móvel do motor linear.F.3 Parte fixa do motor linear.F.4 Parte móvel sobre parte fixa.F.5 Aplicação múltipla de motores lineares em máquina-ferramenta.Quando buscamos um motor linear,o motivo mais forte deve ser umanecessidade de velocidade. O motorlinear é também uma máquina elétricae passível de realizar um trabalhomáximo, de acordo com suascaracterísticas construtivas e limitesexternos de drives.Falando de índices e siglas úteispara a especificação do motor linear,veja na figura 7 onde as grandezasforça e velocidade estão representadas.F Nsignifica a força nominaldo motor, que é um dado de catálogo.Também do catálogo de qualquerfabricante, você extrai F MAX. Emadição a esses dois fatores, outrosdois surgem. São eles a V max, Fmaxe V max,FNsignificando a velocidademáxima quando a força também é amáxima e a velocidade máxima paraquando a força é nominal.Perceba no gráfico que o segmentode (F max, V max,Fmax) para (F N,V max,FN) é uma reta e que representauma manutenção da potência máximaútil. O gráfico mostra um ponto de trabalhoF 1que está na região inferior dacurva. Apenas comportamentos nessaregião são possíveis.Em um “motor de gaiola” podemosacelerar indefinidamente por meio doaumento da freqüência até que hajaalgum tipo de instabilidade como umarco voltaico, sobre-aquecimento ouuma fadiga acelerada de rolamentos.Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003 41

AtualRetrofittingF.6 Exemplo de estrutura de máquina.primário e o secundário. Esse espaço,chamado “gap” (do inglês), deve obedecera dimensão de 1 mm, com tolerânciade 0,3 mm. Nem mais nemmenos para reproduzir com exatidão ascaracterísticas mencionadas no catálogodo fabricante. Um gap diferentetorna o sistema mais instável, commenor acurácia ou mais rígido, drenandomais corrente e reduzindo olimite de força útil.A literatura disponível sobre motoreslineares no Brasil, resume-se aalguns catálogos de fabricantes estrangeirosou trabalhos de Mestrado eDoutorado sobre os princípios dessesmotores. O tratamento matemáticodos motores lineares, principalmentepelo desenvolvimento das equaçõesde Maxwell para o plano, agora emtrês dimensões, diferentes do motortradicional (duas dimensões) foi elaboradoem 1972 pelo Eng. SakaeYamamura, do IEEE - Tokyo. A ciênciaé bem nova. Aproveite feiras,palestras e outros eventos para familiarizar-secom este que será o suprasumoda tecnologia de movimentodeste início de século.*Paulo Eduardo Pansiera é supervisor devendas da área de soluções de automação paramáquinas-ferramenta da Siemens.F.7 Diagrama de forças e velocidade.No motor linear também podemos presenciarum limite mecânico e magnéticocausado pela temperatura.Por ser um circuito de circulaçãode corrente, o “efeito joule” estápresente e com ele o aumento deimpedância pela temperatura. Se quisermosmanter as características dedados de catálogo do motor, é importantemantê-lo refrigerado numa temperaturade no máximo 35 C para arefrigerante que vem do tanque.Verificando o gráfico da figura 8,observe o quão drástico é o efeito datemperatura no rendimento dos motoreslineares. Após 35 C de temperaturado líquido de entrada, a forçanominal já fica abaixo dos 100% deespecificação de catálogo. Caso nãose utilize líquido refrigerante na circulaçãointerna, o motor terá no máximo50% de sua força nominal disponível.Acima de 120 C o motor já sofredanos estruturais. Até lá, a partir dos35 C já existe perda da acurácia.Dessa forma, recomendo fortementeo emprego de circuitos fechados derefrigeração forçada dos motores. Afigura 9 ilustra esses condutores.Ainda aproveitando a figura, vejaque existe um espaço de ar entre oF.8 Rendimento do motor em relação à temperatura.F.9 Conectores para refrigeração.42Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003

EnergiaAtualAterramento ElétricoAlexandre CapelliUm dos pontos mais críticos da instalação elétrica de umamáquina ou equipamento de automação industrial é, sem dúvida,o aterramento elétrico.O objetivo deste artigo é mostrar aspectos básicos das normas,problemas e soluções, bem como o processo de tratamento químicodo solo.FUNÇÕES X NORMASABNT (Associação Brasileira deNormas Técnicas) possui uma normaespecífica que rege a área de instalaçõeselétricas em baixa tensão. Essanorma é a NBR 5410, cuja estrutura édividida em subseções. As de números:6.3.3.1.1, 6.3.3.1.2, e 6.3.3.1.3referem-se aos possíveis sistemas deaterramento que podem ser encontradosna indústria. Não podemosconfundir, entretanto, um aterramento“dentro das normas”, com o melhoraterramento para uma situação emparticular. Conforme veremos maisadiante, a própria norma propõe trêstipos básicos de aterramento. Cabeao técnico ou engenheiro de campo,portanto, escolher a melhor alternativapara cada caso.“Sendo assim, o que garante anorma?”Ao contrário do que muitospensam, estar apenas dentro dasnormas não significa que o equipamentofuncionará bem.Quanto ao aterramento elétrico, aoinstalarmos uma máquina segundo aNBR5410, temos a certeza de quetrês itens básicos estão assegurados:1º. O usuário do equipamento estáprotegido contra descargas atmosféricas,através da viabilização de umcaminho alternativo para a terra.2º. Não haverá cargas estáticasacumuladas na carcaça da máquina.3º. Os dispositivos de proteçãocontra surtos terão seu funcionamentofacilitado, através da corrente desviadapara o terra.Para automação industrial é recomendávela utilização do procedimentopara “equipamentos detecnologia da informação”, onde ovalor ôhmico do terra é inferior a 5 Ω,e o sistema é equipotencial.Ora, notem que não estamos contemplandoEMI, funcionalidade dossistemas de comunicação (RS-232,RS-485, etc.), entre outros fatores queinfluenciam o bom funcionamento dosistema.Isso significa que, além de cumpriras normas, o técnico deve escolherqual solução é a melhor, visto que oequipamento deve oferecer mais doque segurança.Segurança, aliás, não é diferencial,mas sim obrigação. Somente podemosconsiderá-la como tal, quandoela vier acompanhada de boa performance,relação custo/benefício, econfiabilidade.A seguir trataremos dos três tiposmais comuns de aterramento utilizadosna indústria, e devidamentenormalizados. O sistema IT não foiabordado, tendo em vista sua restriçãode uso.F.1 Sistema TN-S.TIPOS DE ATERRAMENTOOs três sistemas da NBR 5410mais utilizados na indústria são:A – Sistemas TN-S:Notem pela figura 1 que temoso secundário de um transformador(cabine primária trifásica) ligado em Y.O neutro é aterrado logo na entrada,e levado até a carga. Paralelamente,outro condutor identificado como PE éutilizado como fio terra, e é conectadoà carcaça (massa) do equipamento.B – Sistema TN-C:Esse sistema, embora normalizado,não é aconselhável, pois ofio terra e o neutro são constituídospelo mesmo condutor. Dessa vez, suaidentificação é PEN (e não PE, comoo anterior).Podemos notar pela figura 2 que,após o neutro ser aterrado na entrada,ele próprio é ligado ao neutro e àmassa do equipamento. Deve ser utilizadosomente quando não há possibilidadeda passagem de mais umcabo pelo eletroduto.C – Sistema TT:Na figura 3 vemos que o neutroé aterrado logo na entrada e segue(como neutro) até a carga (equipamento).A massa do equipamento éMecatrônica Atual nº10 - Junho - 200343

AtualEnergiaMistura com 50% de terra e 50% degel..F.2 Sistema TN-C.Mistura pronta dentro do buraco.F.3 Sistema TT.aterrada com uma haste própria, independenteda haste de aterramento doneutro.Esse sistema é o melhor tipo paraevitar-se interferências elétricas entremáquinas, visto que cada terra é isolado.Entretanto, pela mesma razão,os equipamentos ficam mais susceptíveisà queima durante uma descargaatmosférica (loop de terra).TRATAMENTO QUÍMICO DO SOLOComo já observamos, a resistênciado terra depende muito da constituiçãoquímica do solo. Muitas vezes,o aumento de número de “barras”de aterramento não consegue diminuira resistência do terra significativamente.Somente nessa situação devemospensar em tratar quimicamente osolo.O tratamento químico tem umagrande desvantagem em relação aoaumento do número de hastes, poisa terra, aos poucos, absorve os elementosadicionados. Com o passar dotempo, sua resistência volta a aumentar,por conseguinte, essa alternativadeve ser o último recurso.Temos vários produtos que podemser colocados no solo antes ou depoisda instalação da haste para diminuirmosa resistividade do solo. A Bentonitae o Gel são os mais utilizados.De qualquer forma, o produto a serempregado para essa finalidade deveter as seguintes características:- Não ser tóxico- Deve reter umidade- Bom condutor de eletricidade- Ter pH alcalino (não corrosivo)- Não deve ser solúvel em água.SEQÜÊNCIA DETRATAMENTO QUÍMICO DO SOLOBuraco com 50 cm x 50 cmAdição de 25 litros de água.MisturarPreenchimento com terra.Uma observação importante noque se refere à instalação em baixatensão é a proibição (por norma)de tratamento químico do solo paraequipamentos a serem instalados emlocais de acesso público (colunas desemáforos, caixas telefônicas, controladoresde tráfego, etc.). Essa medida44Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003

EnergiaAtualvisa à segurança das pessoas nesseslocais.IMPLICAÇÕES DE UMMAU ATERRAMENTOAo contrário do que muitospensam, os problemas que um aterramentodeficiente pode causar nãose limitam apenas aos aspectos desegurança.É bem verdade que os principaisefeitos de uma máquina mal aterradasão choques elétricos ao operador, eresposta lenta (ou ausente) dos sistemasde proteção (fusíveis, disjuntores,etc.).Mas outros problemas operacionaispodem ter origem no aterramentodeficiente.TIPOS DE PROBLEMASENCONTRADOS EM CAMPO- Quebra de comunicação entremáquina e PC (CLP, CNC, etc.),em modo on-line. Principalmente,se o protocolo de comunicação forRS-232.- Excesso de EMI gerado (interferênciaseletromagnéticas).- Aquecimento anormal das etapasde potência (inversores, conversores,etc.), e motorização.- Funcionamento irregular de computadorespessoais.- Falhas intermitentes, que nãoseguem um padrão.- Queima de CIs ou placas eletrônicassem razão aparente, mesmosendo elas novas e confiáveis.- Interferências e ondulações emmonitores de vídeo.BITOLA E CONEXÃO DO FIO TERRATer uma boa haste ou um solofavorável não basta para termos umbom aterramento elétrico.As conexões da haste com oscabos de terra, bem como a bitola docabo terra também contribuem muitopara a resistência total de aterramento.No que se refere à bitola do fioterra, ela deve ser a maior possível.Temos a seguir uma regra prática queevita desperdícios, e garante um bomaterramento.Para:Sf < 35 mm 2 → St = 16 mm 2Sf ≥ 35 mm 2 → St = 0,5 SfOnde:Sf = a seção transversal dos cabos(fios) de alimentação do equipamento(fases).St = a seção transversal do fio terra.Observem que para diâmetros inferioresa 35 mm 2 para as fases, temoso fio terra de 16 mm 2 . Já para diâmetroiguais ou acima de 35 mm 2 , ofio terra deverá ter seção transversaligual à metade da seção dos cabosde alimentação. Quanto a conexões,devemos optar em 1º lugar pela fixaçãopor solda do fio terra à haste.Isso evita o aumento da resistênciado terra por oxidação de contato. Seisso não for possível, poderemos utilizaranéis de fixação com parafusos.Nesse caso, porém, é convenienteque a conexão fique sobre o solo,e dentro de uma caixa de inspeção(figura 4).CONCLUSÃOConforme o leitor já deve terpercebido, ao contrário dos bensde consumo (eletrodomésticos), odesempenho dos equipamentos industriaisé muito influenciado pelo aterramentoelétrico.Isso exige do técnico de integração,tanto dos processos contínuosquanto da manufatura, uma atençãoespecial. Portanto, é aconselhável aconsulta criteriosa da norma, bemcomo das especificações técnicas dofabricante.A melhor solução é o ponto deintersecção entre os dois “documentos”,pois esta é a alternativa que contemplamaior segurança com melhorperformance.F.4 Fio terra fixado a haste por um anel.Referência Bibliográfica- “Mecatrônica Industrial” Alexandre Capelli,2002. Editora Saber Ltda.Este livro pode ser adquirido pela Internet nosite www.editorasaber.com.br, ou pelo telefone(11) 6195-5333.Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 200345

AtualDispositivosAnalisadores porcondutibilidade térmicaGilberto Branco*A análise por condutibilidade térmica ou condutividade térmica,permite determinar a concentração de um gás em uma misturagasosa. A análise consiste em medir a condutibilidade térmica daamostra, relacionando-a com a concentração do componente nogás em análise. Essa técnica é muito utilizada atualmente paradeterminar a concentração de H 2(Hidrogênio) em uma amostra.Embora seja uma análise quantitativa,uma vez que o detector,como veremos na sequência,não consegue determinar qualgás está sendo analisado e sim oquanto de calor é transferido do filamentopara o gás, trata-se de umatécnica com grande velocidade de respostae de fácil adaptação no controlee supervisionamento de processos. Poressas razões, e também devido aorelativo baixo custo do equipamento,esse tipo de analisador é muito empregadona análise de gases industriais.Alguns conceitos fundamentais queforam utilizados no desenvolvimentodessa técnica são:Calor: que é a energia térmica quese transfere de um corpo para outro,ou entre as partes deste, quandohouver diferença de temperatura.Transferência de calor: que podeocorrer de três modos diferentes: Condução,Convecção e Radiação.E, independentemente do processo,o calor se propaga espontaneamentede um ponto de maior temperatura paraoutro de menor temperatura.térmica em kcal / h . m 2 . o C / mS = área da secção transversalem m 2θ = diferença de temperatura emoCe = espessura em m.Como podemos observar, o fluxocalorífico depende não apenas dasdimensões físicas e diferença de temperatura,mas também de uma característicafísica própria do meio ondese processa a transferência de calor,que é a condutibilidade térmica.Define-se, então, condutibilidadetérmica como a capacidade da matériade conduzir calor, com menor oumaior facilidade.CONDUTIBILIDADE TÉRMICADOS GASESA equação que determina a condutibilidadetérmica dos gases emrelação ao ar atmosférico é:onde:Kr = condutibilidade térmica relativado gásK gás= condutibilidade térmica dogás em kcal / h . m 2 . o C / mK ar= condutibilidade térmica do arem kcal / h . m 2 . o C / mAlgumas literaturas apresentam osCONDUTIBILIDADE TÉRMICAEm 1822, Fourier definiu que emregime estacionário, o fluxo caloríficoem um material homogêneo é dadopela equação:onde:φ = fluxo caloríficoK = coeficiente de condutibilidadeT.1 Condutibilidade térmica de alguns gases.46Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003

DispositivosAtualvalores de condutibilidade térmica dosvários gases e na tabela 1 observamosa condutibilidade térmica dealguns gases, em valores absolutos(K) e relativos (Kr).Note que a condutibilidade térmicado Hélio (He) e do Hidrogênio (H 2)é substancialmente maior do que asdemais, o que torna esse tipo de análisebastante seletiva. Porém, deve-seter cuidados principalmente com outrosgases misturados na amostra, uma vezque, como veremos a seguir, a misturade um ou mais gases faz com que aamostra tenha uma alteração da condutibilidadetotal.CONDUTIBILIDADE TÉRMICA DEUMA MISTURA GASOSAA condutibilidade térmica de umamistura gasosa depende do tipo e daconcentração de seus componentese pode ser calculada, dentro de umdesvio médio de 2%, pela seguinteequação:onde:Km = condutibilidade térmica damisturaKi = condutibilidade térmica decada gásji = fração molar de cada gásMi = massa molar de cada gás.componente em análise com a condutibilidadetérmica da mistura gasosa.Nesse princípio de operação, é utilizadoum circuito de medição queopera por comparação consistindo,na sua forma mais simples, de duascâmaras idênticas conectadas nosbraços adjacentes de uma ponte deWheatstone, observe a figura 1. Umadas câmaras (M) é a de medição naqual circulará a amostra, enquanto aoutra câmara (R) é a de referência,onde um gás de características térmicasconstantes pode ser selado oucircular continuamente. Esse tipo dearranjo compensa particularmente asvariações de temperatura externa àscâmaras.Quando as duas câmaras contiveremo mesmo gás (usualmente acâmara de referência é preenchidacom Nitrogênio - N 2), os filamentosaquecidos, que transferem calor nosentido das paredes internas dascâmaras, estarão na mesma temperatura.Dessa forma, a ponte estaráeletricamente equilibrada levando oamplificador a “entender” que nãoexiste gás de interesse na câmarade medição, fazendo com que a indicaçãodo analisador seja o início dafaixa de medição.Se fizermos circular pela câmarade medição uma mistura que contenhaum gás de interesse, por exemplo,H 2em N 2, a temperatura dofilamento de medição ficará menorque a temperatura da câmara dereferência, pois a condutibilidadetérmica dessa mistura é maior quea do N 2. Assim sendo, a ponte seráeletricamente desequilibrada, aparecendoentão uma corrente queo amplificador enviará para o indicadorna proporção da concentraçãodo componente na amostra. Aescala do medidor poderá, dessamaneira, ser calibrada em % Vol deH 2. Observe, porém, que esse dispositivomede a diferença de condutibilidadetérmica entre os gasesdas duas câmaras.Os circuitos de medição são configuradosde acordo com o númeroe a disposição elétrica das câmarasde medição e referência na pontede Wheatstone, fator esse que apresentacomo maior vantagem entre asdemais configurações, a de ser maissensível para qualquer tipo de componenteanalisado.Usualmente, as câmaras de mediçãoe referência são projetadas deforma a minimizar as perdas de calorPRINCÍPIO DE OPERAÇÃOEssa técnica consiste em relacionara concentração do gásF.1 Circuito básico de medição.F.2 Exemplo de câmara.Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003 47

AtualDispositivospor convecção e radiação, uma vezque o filamento deve perder calorapenas por condução no gás. Essascâmaras são encontradas sob formasdiferentes, de acordo com o modopelo qual o gás é admitido no interiorda câmara. Veja o exemplo dafigura 2. Caso a câmara de referênciaseja do tipo selada, as conexõesde entrada e saída serão fechadaspor conectores apropriados, após oenchimento da câmara com gás dereferência.APLICAÇÃOO analisador por condutibilidadetérmica pode ser encontrado nosmais variados tipos de processosindustriais tais como: fracionamentodo ar, alto-forno, conversor, síntesedo amoníaco e fornos, determinaçãode contaminantes, etc. A seguir, descreveremosum exemplo de aplicaçãopara análise “on-line” utilizadoem uma planta de fracionamento dear.IntroduçãoUma planta de fracionamento dear, normalmente separa os componentesdo ar atmosférico em trêscomponentes gasosos puros, Nitrogênio(N 2), Oxigênio (O 2), e Argônio(Ar). Os outros componentes do aratmosférico, tais como, vapor deágua, Dióxido de Carbono (CO 2), e oshidrocarbonetos são contaminantese devem ser removidos para garantira segurança, a eficiência de operaçãoda planta e a pureza/qualidadedo produto.Princípio de Operação Geral deuma Planta de Separação deAr AtmosféricoExistem três tipos de tecnologiasbásicas que permitem a separaçãodo ar atmosférico em componentespuros. Esses processos incluem:- Fracionamento por criogenia;- Adsorção por balanço de pressão(PSA);- Membrana de separação.O baixo custo e a facilidadede produção, porém com perda dapureza, tem tornado esta nova tecnologia(processo não criogênico) maisatrativa.As peneiras moleculares têm acapacidade de adsorver moléculasde gás para separar o Oxigênio doNitrogênio usando a tecnologia deadsorção por balanço de pressão(PSA). Da mesma forma, a tecnologiade membrana de separação permiteuma rápida permeação do oxigênio edo vapor de água do fluxo de Nitrogênioque atravessa as fibras da membrana.Aplicações de Analisadoresde GásOs custos de produção em umaplanta desse tipo são inicialmenterelacionados à operação e à energiaelétrica. Entretanto, esses custospodem inviabilizar a planta caso asvariáveis do processo não sejam bemcontroladas. Uma alta concentraçãode impurezas no Oxigênio, por exemplo,torna o produto de menor qualidadee, em decorrência disso, demenor valor no mercado. Os analisadoresde gás têm um papelfundamental nestes processos paragarantir a eficiência e conseqüentementea pureza e a qualidade dosF.2 Pontos típicos de análise.gases produzidos.A figura 3 ilustra alguns pontosde análise que podem ser aplicadosneste processo.Uma das medições consideradasem uma planta de fracionamento dear atmosférico é a concentração deHidrogênio no ponto após a unidadede remoção de Oxigênio.O Hidrogênio é introduzido nacoluna de Argônio bruto (em excessoe na quantidade determinada pelo cálculoestequiométrico) com a finalidadede remover o Oxigênio (contaminantenessa fase do processo).O excesso de Hidrogênio é monitoradopara controlar a adição e aeficiência da conversão. Um analisadorde condutibilidade térmica é normalmenteutilizado nessa etapa doprocesso para manter o excesso doHidrogênio < que 3%.Deve-se considerar que as característicasespecíficas da plantadependerão dos produtos e da pureza/qualidade desejada dos produtos aserem extraídos do processo. Conseqüentemente,o tipo e a naturezada instrumentação empregada dependerádo projeto da planta. As possíveisaplicações mencionadas são típicas epodem não ser necessárias em todasas plantas.48Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003

DispositivosAtualDICAS PRÁTICASGases InterferentesA amostra aplicada na mediçãopode ser binária, ou seja, compostaspor dois componentes, ou complexaque tenha um comportamento bináriodo ponto de vista da condutividade térmica.Essa condição é possível desdeque a variação dos diversos componentesseja interdependente.Nunca se deve desprezar a presençade outros gases na composiçãoda amostra, uma vez que asomatória da condutividade térmicadesses gases será “sentida” pelosensor e, como resultado, será indicadaerroneamente como concentraçãodo componente de interesse,ocasionando um erro substancial aoresultado da análise.Sistema deamostragemComo em qualquer aplicação deanálise, é necessário um sistema deamostragem apropriado para que seobtenha uma análise precisa e confiável.As aplicações em analisadoresem uma planta de separação de aratmosférico não são diferentes.Embora os pontos a serem analisadossejam limpos e praticamentelivres de contaminantes, há diversosoutros fatores importantes que, casosejam ignorados, podem acarretar emsérias falhas na análise.Amostra na fase gasosaUsualmente, uma amostra na fasegasosa tem a seguinte seqüência:- Filtragem inicial;- Controle e redução da pressão;- Transporte da amostra até o analisador;- Chaveamento da amostra (quandoaplicado);- Controle de amostra / by-pass;- Chaveamento de amostra / gásde calibração (quando aplicado);- Filtro final;- Análise.Nesse tipo de processo, ondemuitas análises são feitas em baixasconcentrações (parte por milhão -ppm), deve ser dada uma atençãoespecial para que seja evitada umacontaminação da amostra, que podeser facilmente causada pela absorção(pelos componentes analisados) decontaminantes existentes no própriosistema de amostragem.Outra fonte de erros pode ser adifusão dos componentes do ar atmosférico,através de tubos ou outrosmateriais plásticos ou de pequenosvazamentos no sistema.Estes problemas podem serminimizados utilizando-se materiaisnão adsorventes, não quimicamenteativos. O aço inoxidável é tipicamenteo melhor material para análises combaixa umidade.A manutenção de uma alta vazãode by-pass (em relação ao diâmetrodo tubo de amostragem), asseguraplantas de separação de ar atmosféricoque utilizam amostras em fluxoque contêm amostras na fase líquida.Essas amostras devem ser vaporizadasde forma a se obter composiçõesrepresentativas e para que seja evitado“tempo morto” no processo deanálise.Basicamente, os cuidados devemser os mesmos já citados, lembrandoainda que deve ser dada especialatenção no processo de volatilizaçãodo componente a ser analisado.Dois métodos que têm sido aplicadoscom sucesso consistem navaporização por spray e a deposiçãode gotas da fase líquida sobre umasuperfície aquecida. A transferênciado calor se dá de forma rápida, per-Embora os pontos a serem analisados sejamlimpos e praticamente livres de contaminantes,há diversos outros fatores importantes que, casosejam ignorados, podem acarretar em sériasfalhas na análise.um rápido equilíbrio e um baixotempo de resposta ao sistema e aamostra.Para análises de concentraçãomuito baixa, (< 25 ppm), é importanteque sejam evitados os tubos dematerial plástico nas linhas de amostragem,bem como outras possíveisfontes de difusão tais como, diafragmasde borracha nos reguladores depressão.Onde houver aplicações debombas de amostragem, e foremutilizadas bombas com diafragmasde borracha, deve-se providenciar apurga reversa (back purge) do ladoexterno da membrana de borrachapara garantir que os contaminantesatmosféricos sejam mantidos fora docontato com o diafragma.Como em qualquer sistema deanálise, os pontos onde pode haveracúmulo de gás (zona morta) devemser reduzidos e/ou eliminados, diminuindo-seassim o tempo morto daanálise.Amostra na fase líquidaExistem diversas aplicações emmitindo a vaporização de toda a faselíquida, incluindo até mesmo os componentesque tenham um alto pontode ebulição como os hidrocarbonetos.Em resumo, embora as amostrasnesse tipo de processo sejam geralmentelimpas e livres de contaminantes,são necessárias algumasconsiderações especiais principalmentepara análises em baixa concentração.Esses problemas, embora nãosejam de difícil solução, devem serobservados e resolvidos para garantira confiabilidade da análise.Bibliografia- Hauser, E. A., “The Application of On-Stream Analytical Instrumentation in AirSeparation Plants” Beckman instruments,1965.- Shelley, Suzanne, “Out of Thin Air”. ChemicalEngineering, 1991.- Hardenburger, Thomas, “Producing Nitrogenat the Point of Source”, Chemical Engineering,1992.- Analisadores Industriais - SENAI - Santos.B.L. Costa Neto e C.H. Brossi.1982.*Gilberto Branco é Engenheiro de Aplicaçãoda Contech Engenharia.Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003 49

AtualEletrônicaAplicações de redesRS - 485Carlos Henrique C. Ralize*Muitas das redes de comunicação existentes atualmentesão baseadas no padrão elétrico RS-485. Sempreque precisamos de um meio elétrico para criar uma redemultiponto a longas distâncias ou alta velocidade, cominstalação rápida e barata, a primeira opção é a RS-485.Suas aplicações se estendem desde a integração depontos de venda e terminais de coleta de dados até aplicaçõesde alto desempenho em Automação Industrial,incluindo também redes de terminais de preços em lojasde departamentos até a interligação de sensores meteorológicos.Mas qual o segredo de tal popularidade?Onome RS-485 significaRecommended Standard485. Apesar de ser conhecidopor esse nome, o padrão jáfoi transformado em norma pela TIA(Telecommunications Industry Association)e pela EIA (Electronic IndustriesAlliance). A última revisão datade março de 1998 e o código danorma é TIA/EIA-485-A. Ainda assim,a norma continua com o mesmo caráterde recomendação para a indústriaeletrônica e de telecomunicações. Istoquer dizer que apenas os padrõeselétricos necessários à fabricação detransmissores e receptores são claramentedefinidos. Entre esses padrõesestão o modo de transmissão diferencial,as impedâncias máximas emínimas de entrada e saída dos dispositivose os níveis de tensão aceitáveisna rede. Detalhes como tipos decabos e conectores, número máximode nós, técnica de terminação, taxasde transmissão e distâncias máximas,bem como o protocolo de comunicaçãodigital são deixados em aberto enormalmente são determinados pelosfabricantes de redes baseadas naRS-485.O padrão RS-485 pode ser definidocomo uma rede ponto-multiponto,half-duplex, com transmissãodiferencial. Isso significa que a redepode ser formada por vários dispositivosconectados ao mesmo barramentoe que, enquanto um dosdispositivos opera como transmissor,F.1 As tensões características de um canal RS-485.todos os outros operam como receptores.O mecanismo de controlede acesso ao meio físico não é definidono padrão e faz parte do protocoloutilizado. São muito comunsimplementações baseadas no mecanismo“Mestre-Escravo”, mas tambémpodem ser utilizados escalonadoresou o mecanismo “Token-Passing”. Épossível ainda empregar o padrão50Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003

EletrônicaAtualF.3 Composição da tensão de modocomum (V CM) em um canal RS-485.F.2 Níveis de tensão típicos de uma transmissão RS-485. Note que a tensão de 0 V édiferencial. Pode haver uma diferença de potencial entre este nível e o terra.RS-485 para comunicação full-duplex,ou seja, transmissão e recepçãosimultânea. Neste caso, a rede nãoserá ponto-multiponto, mas sim pontoa ponto, e serão utilizados dois paresde cabos.A transmissão do sinal é diferencial.Isso quer dizer que qualquertransmissor RS-485 possui dois canaisindependentes conhecidos como A eB, que transmitem níveis de tensãoiguais, porém com polaridades opostas(V OAe V OBou simplesmente V AeV B). Por esta razão, é importante quea rede seja ligada com a polaridadecorreta. Embora os sinais sejam opostos,um não é o retorno do outro,isto é, não existe um loop de corrente.Cada sinal tem seu retorno pelaterra ou por um terceiro condutor deretorno, entretanto, o sinal deve serlido pelo receptor de forma diferencialsem referência ao terra ou ao condutorde retorno. Este sinal diferencial,lido em relação ao ponto centralda carga, é que é interpretado comosinal de transmissão. Qualquer tensãomaior que 200 mV é um nível altoou “marca”. Uma tensão menor que-200 mV é um nível baixo ou “espaço”.Níveis entre -200 mV e +200 mVsão indefinidos e interpretados comoruído. As figuras 1 e 2 ilustram a relaçãoentre estas tensões.Uma das características mais marcantesdo padrão RS-485 é a tensãode modo comum. Esta tensão é asoma de três componentes: a tensãodiferencial V OS, já citada, a diferençaentre os potenciais de terra dos dispositivose o ruído induzido nos cabos. Afigura 3 mostra esta composição. Osdispositivos RS-485 devem ser construídospara suportar V CMvariandoentre -7 e +12 V. Essa diferença ocorreporque os circuitos A e B, por não formaremum loop de corrente, têm seuretorno absorvido pelo terra. Diferençasde potencial de terra podem provocaresta diferença que na norma édefinida como V GPD. Em redes muitolongas esta tensão pode exceder oslimites de segurança podendo, inclusive,causar a queima dos circuitostranceptores. Um fato pouco conhecidoé que um terceiro condutor podeser usado para referência de tensão,como exemplificado na figura 4. Sehouver a necessidade de fazer essaequalização, devemos utilizar um cabocom três condutores e interligar o terceirocondutor ao pino “signal GND”.Além disso, devemos desacoplar essecondutor do terra pela utilização deum protetor contra surtos capaz deabsorver sobretensões e descargasatmosféricas. Este tipo de instalação,no entanto, não é muito comum e namaioria dos casos o retorno pelo terraé suficiente.O outro componente importante datensão em modo comum é a tensão deruído V NOISE. Normalmente, os cabosempregados em redes RS-485 sãopares trançados. Neste caso, podemosconsiderar que a tensão de ruídoserá induzida igualmente em ambosos condutores, como mostrado nafigura 3. Por ser somada igualmenteaos dois condutores, o diferencial V OSrelativo ao ruído induzido será próximode 0 V. Isso permite reconstruiro sinal enviado com grande precisãomesmo em presença de muitos ruídoselétricos. Isso reduz a necessidade deusar cabos blindados na maioria dasaplicações. Ainda assim, se estivermostrabalhando em altas velocidadesou longas distâncias em ambientesindustriais, os cabos blindados proverãomais estabilidade à rede.A figura 5 ilustra as tensões V OAe V OBmedidas em relação ao terra.Observe que há ruído induzido deforma praticamente igual nos doiscanais. A figura 6 demonstra a tensãodiferencial medida entre os condutoresA e B na mesma rede.OS LIMITES DO PADRÃOQualquer padrão de rede temlimites quanto à distância máxima,número máximo de dispositivos (ounós), dimensionamento de terminaçõese máxima taxa de comunicação.Com o padrão RS-485 não é dife-Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003 51

AtualEletrônicaF.4 Terceiro condutor usado como referênciade tensão para os sinais.rente, mas, curiosamente, uma dasrazões da popularidade desse padrãoé que esses limites são muito flexíveise em muitos casos, facilmente ultrapassados.A norma define que a máxima distânciade ponta a ponta em umarede RS-485 é de 5000 pés (aproximadamente1200 m) e a máximataxa de transmissão é de 10 Mb/s.Existe uma relação inversa entre ocomprimento do cabo e a velocidademáxima como apresentado no gráficoda figura 7. A queda de velocidadeem grandes distâncias deve-seà necessidade de considerar os atrasosna transmissão causados pelaindutância e capacitância do cabo.Estes limites são os mínimos recomendadospela norma, no entantoexistem redes que excedem ligeiramenteestes valores usando transceptorescom características elétricasligeiramente alteradas. A rede Profibus,por exemplo, pode atingir 12Mb/s a 100 m e algumas redespodem alcançar distâncias maioresque 1200 m. É possível também utilizarrepetidores para aumentar a distânciamáxima.Outro limite que pode ser ultrapassadoé o número de dispositivos porsegmento de rede. A norma defineum valor de impedância de entradapara os dispositivos correspondentesa uma Unidade de Carga (UL) e estabeleceque um dispositivo receptor outransceptor não pode exceder 1 UL.Também determina que um transmissordeve ser capaz de alimentar umarede carregada com até 32 ULs maiscabos e terminações. Daí, é naturalconcluir que uma rede RS-485 podepossuir no máximo 32 dispositivos.F.5 Medição dos canais A e B emrelação ao GND.F.6 Forma de onda do sinal diferencial.Todavia, essa conclusão não é correta.Na verdade, a carga máximadeve ser de 32 ULs, mas se um fabricanteproduz dispositivos com cargade 1⁄2, 1⁄4 ou 1/8 de UL, podem serformadas redes com até 64, 128,ou 256 dispositivos respectivamente.Algumas redes comerciais existentesse baseiam nesse tipo de dispositivoscom carga reduzida. Mesmo com dispositivosde 1 UL, é possível empregarrepetidores para criar segmentosde rede independentes. Cada segmentopode ter carga de 32 UL. Opadrão não impõe limite máximo denúmero de segmentos ou de dispositivosem uma rede, porém esse númeronão é ilimitado, pois depende inclusiveda taxa de transmissão, da distânciamáxima da rede e da quantidade dedispositivos endereçáveis. O próprioendereçamento não é estabelecidopelo padrão RS-485, mas sim peloprotocolo usado. Por essa razão, háredes com o número máximo de nósendereçáveis variando de 32 até 512nós.Enfim, duas outras característicasimportantes que não são totalmentedefinidas na norma são a topologiae as terminações. Pode-se utilizarRS-485 em uma variedade de topologias,como barramento, estrela ouanel. As topologias mais usadas sãoo barramento ou o daisy chain, umavariação do barramento em que ocabo vai de um nó diretamente aopróximo, ao invés de um barramentocom derivações (ver figura 8). Natopologia em barramento são formados“stubs”, trechos de cabo distantesdo barramento e que podemadicionar cadeias de propagação dereflexões de sinais, causando erros.A norma define que os stubs devemser mantidos curtos, por esta razão,precisa ser evitada a configuraçãoem estrela que possui muitos stubslongos. Pela mesma razão, a melhortopologia é a daisy chain em queos stubs são praticamente inexistentes.Redes como a Profibus possuemconectores apropriados para a montagemdesta topologia. Embora redesem anel como a da figura não sejamrecomendáveis, é possível construiranéis compostos por vários segmentosponto a ponto, ou seja, cadadispositivo se comunica com o anteriorpor um canal ponto a ponto fullduplexe com o próximo por outrocanal RS-485 de mesmas características.A rede Interbus se baseianeste princípio. Embora pareça maiscomplicado, uma vez que cada dispositivodeve possuir dois transceptores,esta configuração permite criarredes de até 12 km, com até 512dispositivos se comunicando a 500kbps.Quanto às terminações, existemvárias técnicas. Uma rede curta trabalhandoem baixas velocidades podeoperar sem terminação. O métodomais usual é utilizar dois resistoresde terminação com resistência equivalenteà impedância do cabo, conectadosem paralelo com a rede, umem cada extremidade. A maior partedos cabos usados em redes RS-485possui impedância próxima a 100 Ω,mas isso não é uma regra geral e énecessário consultar o fabricante docabo para dimensionar corretamenteas terminações.Mas agora o leitor deverá estarse perguntando: Se todos os limitessão flexíveis, como devo dimensionarminha instalação? Como posso saber52Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003

EletrônicaAtualqual a carga de meus dispositivos?Quantos dispositivos posso empregarem cada segmento? Quantos endereçosposso ter? Eu preciso utilizarcabos blindados? Que tipo de terminaçãousar?Para todas estas perguntas, a respostaé a mesma. Embora o padrãoRS-485 tenha muitos pontos emaberto, as redes derivadas dessepadrão possuem características muitobem definidas pelo fabricante oupelo consórcio que regulamenta aimplementação. E estas característicasdevem ser obedecidas. Algumasimplementações definem as característicasdos cabos, tais como a quantidadede condutores, blindagem eàs vezes até a cor dos condutorese da capa externa. Todas defineminclusive a pinagem dos conectores,a resistência e configuração das terminações,as taxas de transmissão,topologias recomendadas, númeromáximo de dispositivos endereçáveis,métodos de identificação dosdados, tamanho do pacote de dados,método de controle de acesso aomeio, etc.Entre as redes industriais deprotocolo aberto existentes atualmente,são baseadas na RS-485:Profibus, Interbus e Modbus. Alémdessas, dezenas de fabricantesde equipamentos industriais possuemimplementações proprietáriasbaseadas na RS-485. Cada umadelas tem características ligeiramentediferentes, mas podemos tercerteza de que todas partilhammuitas características elétricas emcomum. Por isso é importante entendero funcionamento deste padrãotão versátil, pois sua instalaçãoserá sempre parecida e em algunscasos elas poderão até utilizar equipamentosiguais como, por exemplo,conectores e protetores contrasurtos e sobretensões.recendo uma solução de baixo custoe ainda assim muito resistente a variaçõesde tensão e ruídos. Outros meiosfísicos existem para estas redes como,por exemplo, fibras ópticas, rádio ouEthernet. Cada um deles possui vantagense desvantagens, mas certamenteF.7 Relação entre a taxa de transmissão e o comprimento do cabo.nenhum é tão flexível, adaptável ebarato como a RS-485. Eis aí o osegredo de sua popularidade.*Carlos Henrique de Castro Ralize é Técnicoem Eletrônica do Departamento de Engenhariade Manutenção da Sabesp.CONCLUSÃOA RS-485 isoladamente não é umarede. Esse padrão é somente um meiofísico, compartilhado por dezenas deredes existentes no mercado. Mas éum meio físico muito bem projetadocom características que facilitam suainstalação em ambiente industrial, ofe-F.8 Topologias possíveis.Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003 53

AtualDispositivosMedidoresde deformaçãoWendell de Queiroz Lamas*Quando uma força é aplicada a uma estrutura, o comprimentodesta muda. A deformação decorrente é, por definição, a razãodessa mudança em relação às suas dimensões originais, sendo omedidor de deformação (strain gauge) usado para medi-la.Afigura 1 apresenta essecomportamento, assim comoa relação da deformaçãoε em função da força aplicada onde,como sendo uma variação fracionaldo comprimento:Quando o transdutor, conhecido porextensômetro (strain gage), é colado àestrutura formando um arranjo conhecidopor célula de carga, terá todadistorção sendo transferida para si.As células de carga contêm materialcondutor e a distorção causada pelaaplicação de uma força resulta namudança de sua resistência elétrica.Ao medir esta variação na resistênciaelétrica pode-se obter a medida equivalenteà deformação causada e, porextensão, a força aplicada. A deformaçãopode ser positiva (tensão ouexpansão) ou negativa (compressão)e é expressa em unidades como “in/in”ou “mm/mm”.Ao ser aplicada uma força axial,como visto na figura 1, um fenômenoconhecido como “Deformação de Poisson”causa a contração da barra emsua circunferência (largura), D, no sentidotransversal ou perpendicular. Amagnitude dessa contração transversaé uma propriedade do material indicadapor sua “Relação de Poisson”(v):ε T= deformação na direção perpendicular(transversal) à força;ε = deformação axial.Por exemplo, a Relação de Poissonpara o aço permeia valores entre0,25 e 0,3.CARACTERÍSTICASExistem vários tipos de medidoresde deformação (strain gauges),conforme a disposição dos extensômetros(strain gages) na amostra aser medida, assim como um grandenúmero de formas e de aplicações desuas medidas, sendo o mais utilizadoo medidor de liga metálica.Esse medidor consiste de um fiomuito fino arranjado sobre uma folhametálica, na forma de uma grade.Na figura 2, esse arranjo (célula decarga) pode ser observado, bem comosuas principais partes componentes.É importante que se monte corretamenteo arranjo para a melhor transferênciada tensão mecânica aplicadana amostra e, por conseguinte, maiorprecisão na medida.Um parâmetro fundamental da leituraé a sensibilidade à tensão mecânicaque está sendo aplicada, queé quantificada como fator de medida(Gauge Factor - GF).O fator de medida é a razão entrea variação da resistência elétrica e ado comprimento:O fator de medida para medidoresmetálicos está tipicamente em tornode 2. Seria ideal que os dispositivosapenas medissem a resistência elétricaem resposta à tensão mecânicaaplicada, porém tanto o transdutorquanto a amostra sofrem variaçõesem função da temperatura a que estãoexpostos. Os fabricantes desses aparelhosprocessam os materiais deforma a diminuir tal sensibilidade àsvariações térmicas.Para a efetiva leitura da forçaaplicada sobre um transdutor, faz-seuso de um circuito amplamente utilizadoem medidas elétricas: a Pontede Wheatstone, conforme mostra afigura 3.Consiste em excitar-se com umatensão elétrica (ddp) um arranjo de 4(quatro) resistores e em um par depontos específicos do arranjo (diferentedos pontos nos quais a ddp estásendo aplicada ao circuito), mede-seo quanto desse valor foi transferido àsaída.Normalmente, a tensão elétrica nasaída é zero (ponte em equilíbrio oubalanceada), assim qualquer mudançaF.1 Deformação de uma estrutura sob ação de uma força.F.2 Célula de carga padrão: extensômetrosobre estrutura metálica.54Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003

DispositivosAtualF.3 Ponte de Wheatstone.F.4 Circuito de 1⁄4 de Ponte.saída de 0 V até que uma forçaseja aplicada. Contudo, as tolerânciasdos resistores e a tensão mecânicainduzida pela aplicação do transdutorgerarão uma ddp inicial. Essa ddppode ser corrigida de duas formas: utilizando-seum circuito de ajuste pararetornar a saída a zero; ou, pode-semedir a saída sem força aplicada ecompensar a diferença por software.Até aqui, tem sido ignorada aresistência elétrica do fio de ligaçãoF.5 Circuito de Meia Ponte.F.6 Circuito de Ponte Completa.em alguma das resistências elétricasproporciona uma alteração nessevalor, em razão direta a sua própriavariação.Partindo desse princípio de funcionamento,as medições da força aplicadaa uma superfície são realizadassubstituindo-se um ou mais resistoresda Ponte de Wheatstone por transdutores.Portanto, os medidores de deformação(strain gauges) são formadosa partir da colocação de células decarga nos ramos da Ponte de Wheatstone,onde, por sua vez, as células decargas são arranjos constituídos pelosextensômetros (strain gages) colocadossobre estruturas metálicas padronizadas.Os arranjos normalmente utilizadossão os circuitos de 1⁄4 de ponte,meia ponte e ponte completa, queindicam a quantidade de transdutoresutilizada, respectivamente um, dois equatro.Como os valores medidos são demagnitudes muito pequenas, quantomaior o número de transdutores utilizados,maiores serão a sensibilidadeà tensão mecânica e a precisão daleitura.Na figura 4, apenas um resistoré substituído, o que implica em variaçõesmuito pequenas na saída.Ao substituir dois dos resistores,F.7 Ligação a dois fios.F.8 Ligação a três fios.conforme visto na figura 5, dobra-sea sensibilidade da ponte ao se fazerdois ramos ativos, embora em sentidosdiferentes, onde há um ramo montadona expansão da amostra (R G+ ∆R) eoutro na compressão (R G- ∆R).Por fim, um arranjo com transdutoresnos quatro ramos, como visto nafigura 6, proporciona um aumento desensibilidade considerável, estandomontados dois transdutores na expansãoe outros dois na compressão.As equações correspondentes acada circuito supõem uma ponte inicialmenteequilibrada, o que gera umado extensômetro, o que beneficiou oentendimento dos conceitos apresentados.Porém, na prática, essa atitudepode trazer consigo conseqüênciasnegativas à medição.A figura 7 demonstra uma ligaçãoa dois fios do elemento transdutor.Essa ligação acrescenta ao circuitouma resistência de 2 ohms no braçoem que o extensômetro está conectado,considerando-se um fio de 15 mde comprimento e 1 ohm de resistênciaelétrica.Essa resistência elétrica do fio deligação deve ser considerada comoMecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003 55

AtualDispositivosum resistor integrante do circuito. Umacaracterística que não pode ser esquecidaé a influência dessa nova resistênciaelétrica na sensibilidade da leitura. Aperda de sensibilidade pode ser quantificadapor:Outro fator bastante significativoé a influência da temperatura. Buscandoeliminá-la, a ligação a três fiosé a opção mais recomendada, poisdois dos três fios ficam conectadosa ramos adjacentes, neutralizandoassim os efeitos um do outro, conformeilustrado na figura 8.Com base nessas considerações,existem vários tipos de medidas deforça, conforme seu arranjo na amostra.Nas figuras 9 a 12 podem servistos alguns exemplos bastante utilizados.Um sistema computadorizadomede a diferença de potencial nasaída da ponte de Wheatstone antesque uma tensão mecânica seja aplicada,então a intervalos regulares oua cada vez que uma determinadacondição ocorrer, volta a medir essesinal.A MELHOR ESCOLHAF.9 Tensão de Dobra: resultando de uma força linear (FV) exercida no sentido vertical.Os dois critérios preliminares paraa seleção do tipo de medidor quemelhor se adeque à necessidade daaplicação são a sensibilidade e a precisão.Deve-se destacar que quanto maiora quantidade de extensômetros a serutilizada, maior será a rapidez damedida realizada e com maior precisão.Certamente, uma ponte completaresponderá melhor que uma de 1⁄4,porém seu custo é significativamentemaior.A tabela 1 apresenta um resumodos tipos de medidores e suas característicasgerais. Ao escolher-se a melhormaneira de efetuar uma medida comtransdutores de força (strain gages),devem-se ter em consideração ascaracterísticas particulares para cadafabricante.APLICAÇÕESF.10 Tensão Axial: resultando de uma força linear (FA) exercida no sentido horizontal.Os extensômetros são de grandeF.11 Tensão de Tesoura: resultando de uma força linear (FS) comcomponentes no sentido vertical e no horizontal.F.12 Tensão de Torção: resultando de uma força circular (FT)com componentes no sentido vertical e no horizontal.56Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003

DispositivosAtualutilidade na pesagem de artigos. Porexemplo, na base de silos de grãos,em balanças, na indústria aeroespacial,entre outras.A figura 13 apresenta um arranjointerno a uma balança vertical paragrandes cargas. As células de cargaficam internas ao cilindro que sofretensão mecânica decorrente do esforçode tração em cabos de aço de guindastese de pontes rolantes, proporcionandosua deformação e, por conseguinte,a medida da força realizada.Na Universidade de Taubaté, noLaboratório de Robótica e Instrumentação,foi construída uma garrapara o ROBOTAU, constituída porduas lâminas de alumínio, cada qualcom quatro extensômetros. Seu intuitonessa construção é servir comomedida para as deformações da garra,assim compensando seu posicionamento.F.13 Célula limitadora de CargaModelo TC (Alfa Instrumentos EletrônicosLtda.).CONCLUSÃOMesmo passando despercebidosno dia-a-dia das pessoas, os extensômetrose as montagens para mediçãodas forças por eles mensuráveis,ganham sua importância quando hánecessidade de medições de grandesmassas ou monitoramento de estruturasem construção ou em restauração,face a sua confiabilidade, precisão esensibilidade.*Wendell de Queiróz Lamas é professor daUniversidade de Taubaté, especializado eminformática industrial, em instrumentação e emanálise numérica.T.1 Resumo das configurações de medida. (Fonte: National Instruments).Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003 57

AtualAutomaçãoNotíciasComo aplicarinversores de freqüênciaAlaor Mousa Saccomano*Neste artigo, trataremos alguns aspectos importantes a seremconsiderados na utilização de inversores de freqüência: aplicaçãode sistemas escalares e vetoriais, características gerais encontradasem vários inversores comercializados e parâmetros que devemser considerados no efetivo emprego de inversores, além de umarápida abordagem quanto a erros e defeitos.Para alcançar o efeito desejadoe otimizar os investimentos,é sumariamente importanteresponder a algumas questões e, atémesmo, se aprofundar em um estudode custo/benefício antes de instalarum inversor de freqüência sobre ummotor ou sistema. Em muitos casos,verifica-se que a adoção de medidasmais simples podem resultar em efeitosimilar à aplicação de um inversor emmotor de indução assíncrono trifásico.Em algumas situações, é mais interessantea utilização de servomotorbrushless quando o principal objetivoé posicionamento. Se o problema écom sistema de partida de longa inércia,a aplicação de soft-starter (partidaeletrônica suave) pode ser uma soluçãomelhor e mais econômica.No controle de velocidade e torquepara se estabelecer um melhor resultadosobre o sistema, seja no controlede velocidade de uma máquina-ferramenta,na variação de velocidade emsistemas de alimentação e dosagem,no controle de vazão ou fluxo de umprocesso, no controle de elevação empontes rolantes, cranes, entre outros,a utilização de um inversor é fundamental.Outra necessidade de aplicação seencontra no controle de velocidade deprocessos para economia de energia.Um exemplo disso está na utilização decontrole do fluxo de ar em um sistemacentral de ar-condicionado. Em processosque possuem velocidade fixa emseus motores acionadores, e o fluxo écontrolado via dampers, tem-se considerávelperda de energia, pois aregulagem do fluxo de ar se dá peloescape do mesmo no sistema. É maisinteligente e econômico que a veloci-dade do motor que aciona o ventilador/compressor seja controlada, de modoque, nos momentos de menor utilizaçãode carga, a velocidade seja diminuídae conseqüentemente o fluxo de artambém. Diminuindo-se a velocidade,logicamente haverá uma redução daenergia consumida pelo sistema motorinversor,resultando em economia diretano processo.Assim, antes de optar pela instalaçãoe escolha de um inversor de freqüência,alguns cuidados devem sertomados quanto a:- rede de alimentação;- sistemas de proteção e seccionamento;- interferência eletromagnética eblindagem;- cabos e aterramentos;- local de instalação e grau IP.Os aspectos de carga x desempenhoestabelecerão as informaçõescruciais para a escolha do tipo deinversor (escalar ou vetorial), e do tipode controle (com ou sem malha derealimentação) no processo.Além disso, quesitos como a interaçãodo sistema inversor com o restantedo processo ou máquina, isto é,como o equipamento se comunica comos demais equipamentos presentes oucomo as informações do inversor sãorepassadas ao operador/supervisor, asinterfaces IHMs necessárias, o grau decompactação do equipamento e o sistemade frenagem (quando necessário)também devem ser especificadospelo engenheiro ou técnico que desejaefetuar uma correta e eficiente aplicaçãode inversor no controle de motorde indução. Um ponto pouco discutido,principalmente por ser encaradoapenas como aspecto comercial, masque gera dor de cabeça aos técnicosenvolvidos, é a assistência técnicado equipamento. Certificar-se que amesma possui competência e eficiência(atendimento rápido e confiável) étão importante quanto o tipo de inversorque será aplicado.Outras opções valiosas a se considerarna instalação se dão quanto àqualidade de energia das mesmas, sejá existem problemas como fator depotência e fator de distorção, ou aindase há bancos de capacitores para correçãode fator de potência já instalados.Neste caso, cuidados especiaisdevem ser tomados, pois os inversoressão cargas não-lineares, que normalmenteresultam em piora para aatuação de capacitores de correção.E não esqueçamos do que é básico:- tensão da rede;- freqüência da rede;- local de instalação;- sistemas de proteção específicos(fusível ultra-rápido e sensores);- compatibilidade com o motor aser acionado (potência, tensão de alimentação,freqüência nominal).ENTENDENDO MELHOR A APLICAÇÃO -DETALHANDO O INVERSOR.A primeira abordagem para a aplicaçãode um inversor de freqüêncianão está no próprio equipamento ouno motor, mas sim na carga. (figura 1)As considerações devem ser feitasa partir das necessidades e característicaspróprias da carga. A velocidade dacarga, seu torque, como se processa aaceleração da mesma, ciclo de trabalho,potência requerida, curva de torquex velocidade, rendimento e momentode inércia, são algumas das informaçõesque devem ser respondidas peloengenheiro ou técnico que irá especificaro equipamento de controle de velocidade-torque.Muita informação já deveestar disponível pelo próprio motor elétricoque já está instalado sobre a carga,se o processo for um retrofitting. Mas,58Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003

NotíciasAutomaçãoAtualse iniciar do zero, o projeto deveráresponder as solicitações já colocadasanteriormente, além de um bom conhecimentodo processo que será “tocado”pelo conjunto motor-inversor, o que semdúvida ajuda muito.Os fabricantes de motores normalmentetêm tabelados os tipos decargas em função de velocidade xtorque de aplicações mais comuns.Destacam-se:Função constante - A velocidadeaumenta, mas o torque continua emseu valor inicial. Assim, não são esperadosnesse tipo de aplicação sobressaltosde potência no motor ou inversor,ou mesmo sobretorques de partida.Função linear - Neste caso, otorque é aumentado ponto-a-ponto,linearmente, até a velocidade nominal.Função quadrática - As cargastipificadas como função quadrática ouparabólica têm o aspecto de incrementorápido do torque com o aumentode velocidade. Normalmente, o torquede partida é baixo, mas se eleva rapidamente.Ventiladores e bombas, sãoalguns dos exemplos neste sistemade acionamento.Função hiperbólica - Quando acarga, aumentanto sua velocidade, temdiminuição de torque, mas necessidadede manter constante sua velocidade,como em um torno que vaidesbastando a superfície do material,diminuindo seu raio. Como o torque éfunção direta do raio de ação da ferramenta,haverá a diminuição do torqueda carga imposta ao motor, o que podeocasionar variação de velocidade, oque é realmente indesejado.No Brasil há diversos produtoresque atuam no mercado e fornecemsuporte para aplicação. Em seus sites,encontram-se muitas informaçõesespecíficas que auxiliam a caracterizaçãoda carga. Um outro modo, quandoa carga é de difícil caracterização, étentar inferir o valor de torque e velocidade.Isto só é possível em cargas jáinstaladas, onde se deseja a aplicaçãode um inversor de freqüência. É trabalhosomas, em último caso, se tornauma solução viável. Deve-se procedermedindo a velocidade do sistema emseus diversos ciclos de trabalho e acorrente de consumo com um osciloscópio(via ponta de corrente ou shunt).Lembrando que o torque é funçãoF.1 Esquema de acionamento de uma carga.direta da corrente, é possível obter umaamostra razoável do tipo de função torque-velocidadeque o processo exige.Quanto ao emprego de motores,a norma brasileira NBR 7094 explicamuito sobre ciclos de trabalhos, cargase partidas e outras informações relevantesque sempre municiam o projetistapara uma perfeita aplicação.Para caracterizar o universo da aplicaçãotambém é importante conhecero ambiente para a instalação (Qual é asituação da rede de alimentação? Qualo local onde vai ser instalado? Seráem um painel? Qual o grau de proteçãoIP necessário? Há algum bancode capacitores instalados na mesmarede?) e as necessidades de interfaceamentocom a operação/supervisão(IHM, rede de supervisão, supervisório,qual é o controlador que atua sobreo inversor - CLP ou CNC?).Algumas dicas já podem ser dadascomo, por exemplo, a aplicação deinversores em sistemas de elevação. Éinteressante notar que, eventualmente,uma ponte rolante ou guindaste podeser sobre-solicitado em termos de respostade carga. O motor sempre responderáaos limites de sobretorqueimposto, em muitos casos em atéquase 100%. Assim, o inversor defreqüência que acionará este tipo demáquina, deve estar preparado paramanter o motor nestas situações críticas.Habitualmente, dispomos ao sistemainversor-motor a possibilidadede se trabalhar com valores mínimosde 50% de sobre-torque, o que nosleva a um sobredimensionamento doconjunto motor entre 50% a 150%,em algumas situações,por questões de segurança. Aregra é não economizar nesse tipo deaplicação, e portanto: para não pararo processo em situação crítica, é precisosobredimensionar o equipamento.Quanto de retrofitting de motores parasistemas de elevação antigos, comorotor bobinado (motor de anéis AC-2),impor um inversor que possibilite pelomenos 100% de sobretorque é imprescindível,além de utilizar malhas fechadasneste controle de velocidade.ESCALAR OU VETORIALHá alguns anos, o domínio da tecnologiaescalar impedia, de certaforma, uma visão mais abrangente dosprocessos de controle de velocidadetorqueem máquinas trifásicas de indução.Fazer um motor AC trifásico variarsua velocidade, conforme a necessidadedo processo sem ter de se preocuparcom os limites de velocidadede um coletor, nem com desgaste deescovas ou cuidados com o campo deexcitação, já era um grande avanço.Quem já trabalhou com máquina decorrente contínua conhece os problemas,como o disparo por falta decampo: perdendo o campo em umaMCC, perde-se a referência de controlee acontece o fenômeno denominadodisparo, com perda de torque eaumento impulsivo da velocidade domotor, levando-o em alguns casos àdestruição. Daí a necessidade de constantemonitoramento sobre a correntedo campo de excitação. Mesmo assim,em sistemas onde o controle de velocidadeocorre em uma faixa entre 10%a 150% da velocidade nominal, aplicarinversor em modo escalar é a soluçãomais viável quando se consideradesempenho e custo.O controle de velocidade, mantendoo fluxo estatórico (V sobre f ou Volts/Hertz) ou ainda por observação deMecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003 59

AtualAutomaçãoNotíciasescorregamento, tem a vantagem defácil implementação e de constar namaior parte dos produtos comercializados.Qualquer carga, que possua patamarde controle de torque constantepara variação de velocidade, ou mesmode funções quadráticas, pode ser controladavia um inversor escalar com,por exemplo, ventiladores, calandras,bombas, entre outros tipos de carga. Oafinamento deste controle pode ser feitoadotando-se a realimentação (encoder,resolver, tacogerador), que atua namalha de controle de velocidade, resultandoem melhor controle do processo.Na maior parte dos casos, a malhainterna ou de controle de corrente (indiretamentedo torque), não é aplicada aoproduto, mas sim um sistema de limitaçãode corrente. Isto quer dizer quena maioria das situações, os inversoresescalares trabalham com torqueabsoluto, ou constante em valor quasemáximo, permitindo ainda a possibilidadede boost de torque em momentoscríticos, como na partida. Muitas vezes,estes valores de boost de torque sãoprogramáveis no inversor, delimitandovalores de tempo que podem chegar aalguns minutos de aplicação de sobretorque,com valores em torno de 2 a 3vezes o nominal.Outro exemplo de aplicação de controleescalar se dá quando um mesmoinversor atuará sobre vários motores.Resumindo, se a sua aplicação nãonecessita de variação rápida de aceleração(resposta dinâmica em até 5 ms),variação de velocidade em função davariação de carga, controle de torquecom precisão de até 10% e nunca tenhaa necessidade de torque em velocidadezero, associado a vantagem debaixo custo e robustez do equipamento,então o problema se resolve com uminversor escalar. A melhora do desempenhoserá sentida na utilização demalha de realimentação de velocidade.A possibilidade escalar sensorless nestecaso deve ser pouco explorada, devidoao pobre desempenho da maior partedos inversores na situação de carga evariação da mesma.Um inversor vetorial com atuaçãosensorless é uma solução abrangentepara o controle de velocidade e torquede máquinas na maioria das vezes,senão todos os envolvidos pela atuaçãode um inversor escalar. Respostadinâmica rápida e precisão de velocidadede até 0,5%, fazem dos equipamentosdotados dessa tecnologia muitomais atraentes em suas aplicações. Narealidade, a única distinção entre umvetorial sensorless e um com encoder(ou outro tipo de realimentação posicional),está na malha fechada do sistemae na parametrização do inversorpara a utilização da mesma. Em muitoscasos, principalmente em retrofitagemde máquina, não é muito fácil adequarum sensor de velocidade no eixo domotor ou outro por ele acionado. Emoutros, o custo de cabos e sistemasgerais para realizar a realimentaçãopodem invibializar o projeto. Na maiorparte dos inversores hoje existentes nomercado, através da setagem de simplesparâmetros, consegue-se um elementoescalar ou vetorial, com ou semrealimentação. Por exemplo, um inversormodelo CFW09 da WEG (figura 2),pode ser ajustado para trabalhar com otipo de controle desejado, definido porum parâmetro (P202):0 V/f (60 Hz)1 V/f (50 Hz)2 V/f Ajustável3 Vetorial Sensorless4 Vetorial com Encoder.No caso de um G5 da Yaskawa(figura 3), a escolha é realizada atravésdo parâmetro A1-02:0 V/f sensorless1 V/f com realimentação2 Vetorial sensorless3 Vetorial de fluxo.Para parametrização de um inversor,sempre é imprescindível conhecera aplicação. Mais um exemplo: acionaruma centrífuga, de alta inércia, o queem muitas situações deve-se utilizarum boost de torque na partida. Se forempregado um equipamento Siemens,modelo Micromaster, o parâmetro P079- “Elevação da corrente de partida (%)” -permite que seja ajustado um boost detensão (elevação) de modo que a correntede partida pode ser especificadapara até 250% da nominal do motor, atéque a freqüência de trabalho desejada(velocidade de referência) seja alcançada.Os valores a serem especificadospodem ser de 0 a 250.AJUSTANDO A OPERAÇÃOUma vez definido o universo da aplicação,pode-se escolher o inversor edefinir quais serão os parâmetros aserem “setados” (ajustados) e procedercom a parametrização essencial. Paratanto, uma boa observada no manual dofabricante e informações junto ao pósvendasão um bom caminho a seguir.A maior parte dos inversores possuifunções genéricas que analisaremos aseguir. Mas antes, uma questão importantea ser entendida é quanto ao modocomo o inversor age no motor que estácontrolando, no aspecto de alcançar avelocidade desejada, seja no ligamento,mudança de valor desejado de velocidade,frenagem ou solicitação da carga.Na verdade, o que deve ser especificadosão as rampas de aceleração edesaceleração (figura 4).Estes valores são, na realidade,parâmetros a serem definidos no inversor.O que se faz é atuar sobre osganhos dos controladores de malha develocidade (PI ou PID, ou mesmo umoutro controlador mais ativo). Observe odetalhe em diagrama de blocos no artigo“Controle de velocidade e torque demotores trifásicos” publicado na revistaMecatrônica Atual nº 8 (fevereiro/marçode 2003). A definição da rampa deveser pautada quanto à necessidade dacarga e disponibilidade de desempenhodo motor. Assim um valor de rampamuito rápido, pode levar a carga a tersobressaltos, o que em alguns casosnão é aconselhável (esteiras transportadorase elevadores). Rampas maislongas servem muito bem para acelerargrandes inércias, como centrífugase moinhos. Rampas rápidas podemsobreaquecer o motor, principalmentena desaceleração. Ainda sobre a rampa,os momentos críticos se encontram nasbordas, no início e fim da rampa, ondeocorre uma abrupta descontinuidade daaceleração, podendo gerar sobressaltosde velocidade e torque. Em muitosF.2 Inversor modelo CFW09, da WEG.60Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003

NotíciasAutomaçãoAtualProblemaSobrecorrente na saídaSobretensão do linkSubtensãoFalta de fase ou subtensãoSobretemperatura nosdissipadoresErro de memória/watchdogCurto terra fase de saídaSobretemperatura no motorCapacitância para terra muito alto,falta a terraMotor não giraFlutuação de velocidadeVelocidade incompatível com aprogramada ou muito baixaInterferência EMIAumento desproporcional doconjunto de harmônicas e baixoFPAção- Verificar fases de alimentação- Aumentar o tempo de rampa- Rever a carga- Verificar a tensão, a mesma deveser no máximo 15% acima da nominal- Aumentar o tempo de desaceleração- Verificar fusível do link- Medir tensão da rede, não deve sermenor que 25% da nominal- Aumentar o tempo de desaceleração- Medir alimentação e verificar fusíveis- Verificar ventilador- Liberar passagens de ar- Limpar filtros- Verificar aterramento- Sensoreamento da tensão do link DCcom defeito- Verificar a versão da EPROM quandoutilizá-la para reprogramar outro inversor- Inserir reatância na entrada- Verificar temperatura do motor- Verificar rolamentos do motor- Verificar carga- Testar sensor PTC ou termistor- Instalar reatância trifásica em sériena entrada- Diminuir parâmetro de freqüência dechaveamento- Instalar filtros de RFI próximos doInversor, um para cada fase, próximosum do outro e aterrar na chapa defixação juntos- Afastar os cabos de alimentação doinversor em relação a outros circuitos- Aperto de todas as conexões- Verificar polaridades da malha derealimentação- Instalar filtros de RFI próximos doInversor, um para cada fase, próximosum do outro e aterrar na chapa defixação juntos- Afastar os cabos de alimentação doinversor em relação a outros circuitosInserção de indutância no link DCCausas prováveis- Curto entre duas fases- Rampa de aceleração muito rápida- Inércia da carga muito alta.- Alta tensão de alimentação; alta inérciade carga- Rampa de desaceleração muitorápida- Fusível do link aberto ou contator/tiristor de disparo do link não entrou- Baixa tensão da rede- Rampa de desaceleração muitorápida- Baixo valor de tensão ou falta fase- Ventilação forçada com defeito- Ruído elétrico- Erro de memória- Conflito de versão- Capacitância entre cabos muito alta- Excesso de carga ou rotor travado- Baixa isolação- Cabos longos >50m- Freqüência de chaveamento alta- Erro de fiação de controle/referênciaou de potência- Mau contato nos cabos de potênciaou referência- Descontrole de velocidade- Ruídos em sistemas próximos- Resetegem de micros e PLCsCabo aquecendo, ruídos emequipamentosT.1 Erros e defeitos.Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003 61

AtualAutomaçãoNotíciasda rampa como uma função limite- rampa S ou integração temporal doinício/ fim de rampa. Das funções genéricas,podemos destacar:Partida com o motor girando oufly start - possibilidade de permitir queo inversor energize o motor em movimento.Se esta função não for bemajustada/empregada, ocorrerá sobretensãono circuito intemediário (linkDC). Valores de rampa de aceleraçãopara esta função normalmente sãodiferentes dos valores pré-setadospara uma aceleração normal.Jog - esta função normalmenteestá associada a uma entrada digital,que é programada para receber sinalsource (positivo) ou sink (negativo).Quando atuada, mantém o motor comvelocidade constante, definido nosparâmetros de freqüência de Jog ousimilar. É utilizada para ajuste de posiçãode máquinas.Rejeição de freqüências ou exclusãode freqüência de ressonância -na variação de velocidade, o conjuntovibra, além de que, nos momentosde aceleração e desaceleração, passapor toda a gama de freqüências até ovalor de velocidade desejado. Poderáacontecer, que dada freqüência, tenhabatimento com a freqüência complexaprópria do sistema; isto fará com quea mesma se amplifique, aumentandoexcessivavente o ruído e vibração doconjunto. Essa função exclui a viabilidadede utilizar esta freqüência navariação de velocidade do motorFreqüência de PWM ou freqüênciade pulsação - as chaves de potênciado inversor (IGBTs Power Mosfets,Transistores de Potência ou MCTs) sãochaveados segundo a freqüência dePWM definida na parametrização domotor. Valores baixos de chaveamento(1,6 a 4 kHz) têm a vantagem de limitaras perdas de chaveamento (tempo desubida e descida no acionamento daschaves de potência) e diminuir a interferênciade alta freqüência. A contrapartidaé que o ruído acústico no motoré muito desagradável. Se elevarmos afreqüência de chaveamento para níveismaiores (10kHz...20kHz), o ruído estarána faixa inaudível, porém aumenta-seconsideravelmente as perdas de chaveamentoe interferência de RFI.Multivelocidade - esta função éuma combinação das entradas digitais(que são acessórios) do inversor,onde uma vez setadas, impõe velocidadee sentido definido ao inversor.Proteção contra sobre temperaturaou I 2 t - esta função realiza oconstante monitoramento da temperaturados elementos chaveadores, outambém via sensor PTC ou termistordentro do motor, supervisionando a temperaturado motor, que é a grande responsávelpela maior parte das falhas.Self-tunning ou auto-ajuste - ossistemas que utilizam Controle Vetorialnecessitam, também de levantamentosde valores de indutância dedispersão (σLs), corrente de magentização(Iµ) constante rotótica (L R/R R),resistência do estator (R S), constantede torque (T M) e indutância estatórica(L S). Estes valores nem sempre sãofáceis de serem encontrados pelo projetista.No auto-ajuste, o próprio inversorse encarrega via algoritmos deestimação e identificação, do levantamentodestes dados junto o motor.E A INSTALAÇÃO?Até aqui, não falamos quase nadasobre procedimentos e dicas de instalaçãode inversores. Na realidade,esse assunto merece por si só umartigo que faremos futuramente.RESOLVENDO PEQUENOSPROBLEMAS E DEFEITOSMuitos dos erros e defeitos podemser pequenos problemas como maudimensionamento de protetores (utilizarsempre um fusível ultra-rápido -categoria aR - para proteger o inversor),ou falta de reatâncias derede, ou mesmo problemas de EMIe fuga a terra. Antes de contatar aassitência técnica, que pode demorar,pode-se tentar algumas soluçõesrápidas.ATENÇÃO: conheça bem os limitesimpostos por sua garantia, paranão mexer onde não deve e, em conseqüênciadisso, vir a perdê-la.F.4 Rampa de aceleração e desacelaração do inversor.F.3 Inversor modelo G5, da Yaskawa.Elaboramos uma pequena e simplestabela para um apoio inicial amanutenção. São dados genéricos,pois cada fabricante tem seu própriosistema construtivo, arranjo de projetoe códigos de falhas. O fundamental ése ter noção de onde pode ocorrer oerro: (tabela 1: Erros e defeitos).CONCLUSÃOOs aspectos de definição e aplicaçãode inversores de freqüência paraacionamento de motores de induçãoassíncronos trifásicos (MI), são consideravelmenteextensos e detalhistas. Aexperiência nos mostra que nunca umcaso é igual a outro. O objetivo desteartigo é chamar a atenção do leitorde Mecatrônica Atual para alguns dosmuitos detalhes interessantes quantoa aplicação de inversores. Não abordamosainda os acessórios do sistema,como IHM, rede de comunicação,entradas e saídas digitais/analógicas,etc. Para um futuro próximo, artigos queabordem os procedimentos de manutenção,estudos de casos de aplicaçãoe resolução de defeitos em campoe em bancada serão produzidos. Paraquestões mais urgentes, mande-nosum e-mail para a Seção do Leitor.*Alaor Mousa Saccomano é professor do departamentode Engenharia da UNIP (Campus Alphaville)e diretor da MAC TREIN Consultoria eTreinamento S/C62Mecatrônica Atual nº10 - Junho - 2003