Sistema de Controle e Instrumentação

O microcomputador que realiza a interface entre o usuário e o robô, utiliza-se de uma placa de aquisição e controle dS1104 (1) a qual estabelece relação com o software Matlab/Simulink através do software ControlDesk, de modo a capturar e controlar os dados. Esta plataforma se utiliza da construção gráfica dos elementos em janelas e gráficos (2) para exibir, salvar e alterar em tempo real as informações. A Figura 7 apresenta a dSPACE 1104 e a tela do ControlDesk. Em se tratando da parte de hardware a placa comporta dezesseis entradas: oito entradas de conversão analógico-digital (ADC – Analogic Digital

Converter) e oito entradas de conversão digital-analógica (DAC – Digital Analogic Converter). Nestas entradas são conectados os cabos dos sensores

Figura 7 – Parte do Sistema de Controle: (1) dSPACE 1104; (2) Tela do

ControlDesk

Fonte: próprio autor.

A alimentação em corrente contínua dos sensores e da placa é controlada através de uma fonte HP de 24 VDC (Voltage Direct Current – Tensão Corrente Contínua) conforme a Figura 8.

Figura 8 - Fonte de Alimentação HP 6543A

Fonte: próprio autor.

Esta fonte de alimentação não permite que tensões e correntes além das programadas (24V e 1A) passem e acabem danificando os componentes da instrumentação. Suas especificações técnicas estão descritas na Tabela 3.

Tabela 3 - Especificações da Fonte de Alimentação HP

Componente Código Fabricante Principais Características

Fonte HP 6543A Agilent Power

(for HP)

Corrente Contínua; Voltagem de saída:0-35V;

Corrente de saída: 0-6A; Corrente máxima: 5,4A; Precisão 15mV e 6,7mA.

Fonte: próprio autor.

Segundo Contreras, Flores e Silva (2008), os encoders incrementais são amplamente utilizados nas mais diversas aplicações robóticas e no controle realimentado de sistemas. Eles são transdutores rotativos eletromecânicos onde um emissor envia feixes de luz através de duas fendas defasadas e uma terceira (conta giros) que são recebidas e interpretadas por uma placa eletrônica. Esta placa transforma o conjunto de feixes de luz em uma série de pulsos que são interpretadas como o movimento angular (em deslocamento e sentido) por uma placa de aquisição e controle. Apresenta-se na Figura 9 a forma constitutiva do encoder incremental utilizado.

Figura 9 - Encoder Incremental com Destaque ao Disco Codificado Defasado

Fonte: próprio autor.

No transdutor de deslocamento linear e sem contato se encontram as guias de onda protegidas pelo perfil de alumínio: o ponto de medição ao longo do elemento sensível (guia da onda) é indicado por um elemento passivo (posicionador - ímã), que não necessita de alimentação. Ao longo do transdutor de deslocamento se movimenta um sensor de posição que é acoplado ao robô

através de um ímã para determinar a posição. A posição é medida através da guia de ondas que captura pulsos eletromagnéticos dentro da faixa de medição indicada na Figura 10.

Figura 10 - Transdutor de Deslocamento Sem Contato: (a) Faixa de Medição;

(b) Desenho do Sensor

Fonte: BALLUFF, [20 - -?].

Tais sensores de deslocamento (transdutores - (1)) e de deslocamento angular (encoders - (2) e (3)) são apresentados na Figura 11 a seguir.

Figura 11 - Encoders e Transdutor

Estes sensores enviam os sinais de rotação e deslocamento através de pulsos que são recebidos e interpretados na dSPACE e capturados através do ControlDesk. As características do encoder incremental e do transdutor de deslocamento estão descritas na Tabela 4.

Tabela 4 - Características do Encoder Incremental e Transdutor de

Deslocamento Linear

Componente Código Fabricante Principais Características

Encoder

Incremental 7510-0622-1000 Hohner

Pulsos: 1000 ppr (pulsos por rotação); Precisão:

0,09° (0,0015 rad); Alimentação: 24V. Transdutor de Deslocamento Linear Micropulso Sem Contato BTL6-A110-M0500-A1- S115 Balluff Faixa de Medição: 500 mm; Saída analógica de 0-10V; Precisão da repetição ≤10μm.

Fonte: próprio autor.

Aliado aos sensores e a placa de aquisição e controle, há um sistema apresentado na Figura 12 composto por: um inversor de frequência (2), um disjuntor (3), uma caixa de comandos manuais (1) e uma placa eletrônica. Este sistema está ligado na rede, onde se pode medir tensão, corrente (voltímetro (4) e amperímetro (6), respectivamente) e potência (a partir de wattímetro (5)).

Figura 12 - Parte do Sistema de Controle: (a) Inversor de Frequência, Caixa de

Comando e Disjuntor; (b) Multímetros e Wattímetro

Fonte: próprio autor.

A conexão dos dois multímetros (que assumem a função de voltímetro – medidor de tensão e amperímetro – medidor de corrente) e do wattímetro – medidor de potência, foram feitas conforme apresentado no diagrama da

Figura 13 seguindo as normas dos fabricantes e utilizando as pontas de prova

no wattímetro e voltímetro e a garra.no amperímetro.

Figura 13 - Conexão da Instrumentação

Fonte: próprio autor.

As características técnicas dos modelos de multímetro e wattímetro utilizados estão descritas na Tabela 5.

Tabela 5 - Características da Instrumentação Utilizada

Componente Código Fabricante Principais Características

Wattímetro G007497 EBERLE VCA/VCC 200V; Watt: até 10A; V:

1000VCC/750VCA.

Alicate Multímetro

Digital ET-3111 MINIPA

Tempo de Amostragem: 3 vezes por segundo; Faixa de medição: até 1000A

(corrente AC), até 750V (tensão AC), até 1000V (tensão DC), até 20MΩ

(resistência).

Fonte: próprio autor.

Os disjuntores permitem manualmente a passagem da corrente alternada da rede de modo que, através do inversor de frequência ou da caixa de comando se possa controlar as partidas/paradas, a inversão de movimentos – sentido do

deslocamento angular, e velocidade, diretamente na caixa de comandos (através de um potenciômetro e/ou botões). Este controle manual está apresentado na Figura 14 com as posições do potenciômetro destacadas na

Figura 15. Estas posições definem as potências fornecidas ao

motorredutor CA para a realização dos testes experimentais.

Figura 14 - Caixa de Comandos: (1) Liga/Desliga Geral; (2) Sentido do

Deslocamento Angular – Desliga/Negativo e Liga/Positivo; (3) Comando – Liga/Caixa de Comando e Desliga/Inversor de Frequência; (4) Gira/Pára

Fonte: próprio autor.

Figura 15 - Marcações das Posições dos Intervalos no Potenciômetro

Pode-se optar pelo comando através da caixa de comando ou do inversor de frequência CFW10 (haja vista que esta caixa de comandos está ligada diretamente ao inversor de frequência), o qual possui conexão com o motorredutor CA conforme descreve a figura Figura 16.

Figura 16 – Conexões de Potência do Inversor de Frequência

Fonte: WEG, [20 - -?].

O diagrama da Figura 17 indica o funcionamento do Inversor e a Tabela

6 contém as características do inversor utilizado.

Tabela 6 - Descrição do Inversor de Frequência

Componente Código Fabricante Principais Características

Inversor de Frequência

CFW10-0040-S2024-

PSZ WEG

Monofásico; Corrente Nominal de Saída: 4A.

Figura 17- Diagrama de Blocos do Inversor de Frequência CFW 10

Fonte: WEG, [20 - -?].

Esta caixa de comando é composta por quatro botões e um potenciômetro e, inicialmente, permitiu o controle das necessidades descritas (ligar/desligar e sentido de giro) estando conectada nas linhas de comando do inversor (podendo optar entre o comando através da caixa ou do inversor) descritas na Figura 18. Estas linhas de comando também seguiam para a placa de aquisição e controle.

Figura 18 - Descrição da Conexão de Controle do CFW 10

Fonte: WEG, [20 - -?].

Posteriormente, esta caixa de comando pôde ser substituída por uma única placa eletrônica que permitia também a interface direta entre a placa dSPACE e os inversores de frequência que controlam o motorredutor CA.

Para isso, a dSPACE trabalha com uma faixa de a . Necessita-se que ao enviar o valor de o motor pare. Quando se enviar um sinal positivo o motor deve girar no sentido horário e quando enviar um sinal negativo no sentido anti-horário. E ainda, quando se enviar , por exemplo, o motor deve girar a uma velocidade correspondente, quando alterar para , ele deve aumentar a velocidade no mesmo sentido do deslocamento angular. Agora, quando enviar , por exemplo, se quer que o motor pare, inverta o sentido do deslocamento angular, e comece a girar sob uma velocidade correspondente a . Da mesma forma, se alterar o comando para , se quer que o motor gire no mesmo sentido mas em uma velocidade menor. Lembra-se que seria necessário existir uma “zona morta elétrica” sendo necessário, portanto, uma pequena faixa próxima aos para livrar a interferência de ruídos ou liga/desliga muito rápidos. O esquema da Figura 19 ilustra esta configuração.

Figura 19 - Diagrama de Funcionamento da Placa Eletrônica

Fonte: próprio autor.

Ou seja, ao inverter o sentido do deslocamento angular, se quer: parar o movimento, inverter o sentido do deslocamento angular e girar novamente. O projeto da placa eletrônica está apresentado no Apêndice A.