Maximizando a eficiência em sistemas de controle de movimento

Especialistas preveem que até 2025, 10-15% dos empregos em três setores, ou seja, transporte, manufatura e comércio varejista, terão alto potencial de automação. À medida que mais empresas adotam processos e tecnologias automatizados, a demanda por sistemas de controle de movimento em fábricas e linhas de produção cresce exponencialmente. Os sistemas de controle de movimento garantem que os produtos sejam montados com sucesso, movendo os componentes certos para o lugar certo, na orientação certa, no momento certo.

Neste guia, exploramos o que são os sistemas de controle de movimento, como funcionam, quem se beneficia deles e como maximizar sua eficácia.

O que são sistemas de controle de movimento?

Um sistema de controle de movimento gera movimento mecânico. Ele é acionado por um motor e projetado para controle preciso de torque, velocidade e/ou posição. Na indústria de automação, os sistemas de controle de movimento permitem o movimento preciso e controlado das peças da máquina.

Os sistemas de controle de movimento são frequentemente usados ​​em situações que exigem o início e a parada rápida do movimento, coordenação de elementos separados e posicionamento exato de um produto.

Na maioria dos casos, os sistemas de controle de movimento usam controles computadorizados para produzir as ações desejadas e influenciar a força, velocidade, pressão e/ou posicionamento. Sistemas mais avançados possuem tecnologia especializada para coletar dados críticos do processo e feedback, como velocidade ou posição, para a melhoria de operações futuras.

A estrutura básica de um sistema de controle de movimento

Os sistemas de controle de movimento são compostos de três componentes básicos:um controlador de movimento, driver de motor ou amplificador e motor.

Controlador de movimento

O controlador de movimento é o cérebro de todo o sistema. Ele lida com todos os requisitos computacionais de execução de sequência, fechamento de servo loop e planejamento de trajetória de movimento. É controlado pelo usuário final para realizar comandos que orientam o funcionamento da máquina. Os controladores de movimento variam dependendo do número de eixos, resolução necessária, tempo de atualização e barramento de comminação específico suportado.

O controlador de movimento fornece então um sinal de comando de motor de baixa potência analógico ou digital ao acionamento do motor.

Acionamento do motor ou amplificador

O acionamento do motor recebe o sinal de baixa potência do controlador de movimento, quando envia energia para o motor.

Os acionamentos de motor são responsáveis ​​por fornecer a quantidade certa de tensão e corrente ao motor que produz torque e coloca a carga em movimento.

Os acionamentos podem ser analógicos, digitais, de passo, lineares, de frequência variável e servos. Cada unidade tem uma função e capacidade únicas. Cada inversor funciona com determinados motores e alguns funcionam melhor para aplicações específicas.

Motor

Também conhecido como o músculo dos sistemas de controle de movimento, o motor converte energia elétrica em energia mecânica e produz o torque necessário para se mover para a posição alvo.

Motores em sistemas de controle de movimento são classificados como DC ou AC, dependendo do tipo de energia que eles usam.

Os motores CA oferecem mais versatilidade, aceleração controlada, limite de torque ajustável e menos distúrbios na linha de energia. Os motores CC, por outro lado, possuem alto torque de partida e são mais fáceis de instalar e usar.

Dispositivo de feedback

Dispositivos de realimentação podem ser encontrados em sistemas de malha fechada e malha aberta. Eles fornecem informações de posição, direção ou velocidade de volta ao controlador de movimento. O controlador então faz os ajustes necessários na corrente para atingir a saída alvo.

Os sistemas de controle de movimento são amplamente utilizados para aplicações industriais e de manufatura. Eles são frequentemente encontrados em indústrias, incluindo:

• Têxtil
• Agricultura
• Semicondutores e eletrônicos
• Impressão e papel
• Plástico e borracha
• Petróleo e gás
• Fabricação de metais e máquinas
• Medicina
• Móveis e madeira
• Alimentos e bebidas
• Energia
• Automotivo
• Aeroespacial e defesa

Como melhorar a eficiência do seu sistema de controle de movimento

1. Use o motor correto para a aplicação específica

Usar os motores apropriados para a aplicação pode levar a uma produção de melhor qualidade e maior economia de energia. Três dos motores mais comuns usados ​​em sistemas de controle de movimento hoje são os motores DC (escovados e sem escovas), de passo e servomotores.

Motores CC escovados são simples de controlar, têm excelente torque em baixas velocidades, são razoavelmente eficientes e geralmente baratos. Eles produzem ruído audível e ruído eletromagnético que podem causar interferência no sistema. Além disso, um motor CC escovado requer manutenção constante, pois as escovas podem e eventualmente se desgastam.

Aplicações comuns:vibrador de celular, brinquedos, ventiladores portáteis, furadeiras sem fio, janelas de carros.

Motores CC sem escovas são mais do que um motor escovado, pois não há contato entre as superfícies. Por esta mesma razão, eles são mais eficientes também. Um motor CC sem escova fornecerá mais energia do que um motor CC com escova com o mesmo tamanho de ímã. A desvantagem desses motores é que eles são difíceis de controlar e geralmente exigem um controlador especial.

Aplicações comuns:máquina de lavar, ar condicionado, ventiladores de computador, drives de disco, drones

Motores de passo são usados ​​para posicionamento preciso e/ou controle de velocidade. Eles têm excelente torque em baixas velocidades e são perfeitos para aplicações com alto torque de retenção. Eles podem ser facilmente controlados com microcontroladores de baixo custo. A desvantagem de um motor de passo é o ruído que é criado, torque limitado em altas velocidades e menor eficiência. Como eles constantemente consomem energia, eles tendem a ficar quentes.

Aplicações comuns:câmeras de segurança, retrovisores laterais do carro, impressoras

Servomotores têm excelente torque em velocidades superiores a 2000 rpms. Com feedback de circuito fechado, eles têm a mais alta precisão de posicionamento. Eles são necessários para as aplicações de controle de movimento mais avançadas. As possíveis desvantagens de um servo motor são o custo e o potencial jitter tentando manter a posição.

Aplicações comuns:impressão 3D, CNC, embalagens, sistemas cartesianos

2. Use drives de velocidade adequados e eficientes

Os fabricantes de hoje buscam maior eficiência de máquina e desempenho geral para ficar à frente da concorrência e atender às necessidades dos clientes em constante mudança.

A última geração de inversores de frequência variável (VFDs) desempenha um papel fundamental na aceleração da eficiência operacional durante os estágios de projeto e produção. Os VFDs ajudam a alinhar a velocidade do motor com a velocidade desejada do maquinário acionado. Eles também são projetados para menor ruído, partida mais suave e manutenção reduzida.

3. Selecione o controlador lógico programável (PLC) correto

Os PLCs são uma ferramenta de automação popular entre vários setores porque são fáceis de usar e fornecem controle preciso e modificável.

Ao selecionar seu CLP, é importante definir os requisitos da aplicação, incluindo os conceitos básicos de controle e escalabilidade futura. Outros fatores importantes a serem considerados incluem:

• Número e tipo de E/S
• Funções de controle necessárias
• Coleta de dados e requisitos de funções especiais
• Opções de comunicação
• Experiência de automação e recursos do pessoal da fábrica

Enquanto alguns funcionários da fábrica são experientes em automação, outros têm pouca experiência com tecnologias mais recentes. Felizmente, existem vários PLCs no mercado especialmente projetados para iniciantes. Embora geralmente pequenos e simples, esses controladores são projetados para fácil expansão e possuem muitos dos recursos encontrados em CLPs maiores.

4. Use apenas os componentes apropriados

Os sistemas de controle de movimento consistem em várias peças mecânicas, como correias e rolamentos. Cada componente afetará o desempenho geral de todo o sistema. É por isso que todas as peças devem ser consistentemente revisadas e testadas, desde a fase de projeto até a instalação.

5. Agende a manutenção regular

Todos os componentes sofrem desgaste normal, o que pode resultar em menor eficiência do sistema. A manutenção preventiva planejada elimina o tempo de inatividade dispendioso causado por uma avaria. Também prolonga a vida útil do sistema de controle de movimento, evitando grandes reparos e substituição prematura de máquinas.

Tecnologias de automação poderosas adaptadas às suas necessidades

Em linhas de produção onde potência, produtividade e precisão de movimento são de vital importância, ter o sistema de controle de movimento correto pode fazer toda a diferença entre o sucesso e o fracasso.

John Henry Foster pode ajudá-lo a implementar um sistema de controle de movimento personalizável para sua aplicação específica. Desde 1938, equipamos fabricantes com robótica, automação e sistemas industriais adaptados às necessidades exclusivas de cada cliente. Entre em contato com nossa equipe para obter uma cotação.