ESTAÇÕES DE SIMULAÇÃO

Chamaremos de “Estação de Simulação” um conjunto composto por elementos integrados e acoplados mecânica e eletricamente entre si.

O Laboratório para estudo de Sistemas Elétricos é composto por quatro “Estações de Simulação”, sendo que cada uma corresponderá a um diferente tipo de carga, comumente utilizado em processos industriais. Assim as cargas correspondentes à Bomba Centrífuga/Dinamômetro, Compressor de Ar, Ventilador Centrífugo e Correia Transportadora, formarão as estações mencionadas.

Cada estação de trabalho é formada por uma mesa com os equipamentos de informática tais como: microcomputador (CPU, monitor, teclado, no-break, mouse) e impressora multifuncional (disponíveis na instituição). Esta mesa é construída com perfis estruturais de alumínio, reforçados, anodizados e com acabamentos; com rodízios para transporte e pés com sapatas para possibilitar a fixação da bancada ao chão e seu nivelamento e possuí as seguintes dimensões: 1200 mm de largura x 820 de altura e 800 de profundidade.

Cada estação de trabalho é formada, também por uma bancada com o sistema de comando, acionamento, aquisição de dados, motores e módulos de cargas.

A seguir, são apresentadas as características e funcionalidades destas bancadas:

bancada

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Esta bancada inclui: Motores (de alto rendimento e convencional), Módulo de Carga Correspondente a cada estação de simulação, Inversor de Freqüência, Chave Soft-Starter, Controlador Lógico Programável (CLP) e os elementos de acionamento e proteção como contatores, disjuntores, chaves, botoeiras e sinaleiros. Adicionalmente, esta bancada também é responsável pela medição dos parâmetros elétricos de entrada dos motores, bem como acondicionamento do sistema de aquisição dos dados mecânicos. O módulo de carga permite uma variação, controlada via sistema supervisório, entre 0 e 120% da carga nominal do motor elétrico.

A fixação dos motores na bancada permite que os mesmos sejam trocados de posição, ou seja, a carga poderá ser acoplada tanto ao motor de alto rendimento quanto ao convencional. Esta troca de posição (parte mecânica e elétrica) é de fácil e de rápida realização, através de grampos de pressão e conectores rápidos, dispensando o uso de ferramentas.

O sistema de medição dos parâmetros elétricos de entrada dos motores é constituído por um medidor de energia multifunção, contemplando valores de tensão fase-fase e fase-neutro; corrente; potências ativas, reativas, aparentes e fator de potência trifásicas e monofásicas; freqüência e energia ativa e reativa.

A comunicação deste instrumento com o Controlador Lógico Programável (CLP) é realizada via interface serial com protocolo ModBus, sendo que todos os parâmetros mencionados são mostrados e monitorados (histórico, curva no tempo, etc.) na tela própria do software supervisório. Adicionalmente, o medidor de energia multifunção possui funções de oscilografia e medição de tensão e corrente, sendo que estes valores poderão ser acessados via protocolo ModBus pela porta serial.

O tipo de acionamento dos motores (alto rendimento ou convencional) é selecionado através do software supervisório. Desta maneira, o usuário ao escolher o acionamento desejável (sistema de partida direta com contatores, sistema de partida suave com chave de partida estática ou sistema de partida eletrônica com inversor de freqüência), o Controlador Lógico Programável (CLP) acionará os respectivos contatores, sendo que os demais sistemas permanecem desconectados e intertravados.

Os sistemas por partida suave e por inversor de freqüência, têm seus parâmetros determinados pelo software supervisório. Desta forma, o tempo de rampa de subida e descida, a velocidade e demais parâmetros referentes às características operacionais das máquinas são configurados através de tela específica no software supervisório de cada estação.

O CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL (CLP) de cada estação concentra as funções de comando das partidas e leitura dos parâmetros dos sensores, transmissores e dispositivos de aquisição de dados através de: entradas e saídas digitais, entradas e saídas analógicas e porta de comunicação ModBus.

Os CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS (CLP’s) se comunicam com o software supervisório instalado no computador através de porta de comunicação Ethernet.

Os transdutores de torque e rotação são instalados nos eixos das cargas de forma a evitar a locomoção dos mesmos quando da troca dos motores. O transdutor de torque somente é instalado na estação da Bomba Centrífuga/Dinamômetro.

Os motores (convencional e de alto rendimento) possuem sensores de temperatura do tipo PT-100, instalados na carcaça e em cada enrolamento do estator, permitindo a monitoração deste parâmetro via software supervisório. Esses motores são de fabricação da WEG Indústrias.

Os acionamentos eletrônicos: Inversor de Freqüência, Chave de partida Soft-Starter, Controlador Lógico Programável (CLP) e medidor de energia multifunção são montados de forma que fiquem visíveis e de fácil acesso.

O acoplamento dos motores às cargas é feito através de luva de acoplamento direto. Somente na estação cuja carga é o compressor de ar este acoplamento é feito através de polias e correias.

Nas entradas e saídas dos circuitos de acionamento, são instalados resistores shunt para a obtenção dos sinais de tensão e corrente, permitindo sua verificação com osciloscópio, através de bornes apropriados.

Todos os parâmetros elétricos e mecânicos são atualizados no software supervisório em um tempo máximo de 500 ms.

O software supervisório possui uma tela principal para cada estação, com o desenho esquemático do processo, sendo que cada elemento constituinte da estação (medidor de energia multifunção, acionamento, carga, etc.) possui um atalho para abertura das telas de monitoração correspondentes.

software

Os principais componentes representados nas telas do software supervisório são “animados” quando em funcionamento.

Quando se tratar de sensores, transdutores ou transmissores estes serão representados nas telas por meio de uma janela, ao lado da representação gráfica do componente, mostrando o valor numérico e sua unidade de medida.

O acionamento via inversor de freqüência e partida suave utilizará dois contatores cada um (jusante e montante), intertravados, sendo acionados pelo Controlador Lógico Programável (CLP) de acordo com a escolha do tipo de acionamento na tela do software supervisório.

Todas as conexões elétricas de alimentação e sensoriamento dos motores são realizadas por conectores rápidos. Estes conectores permitem rapidez nas trocas dos motores de posição e também oferecem proteção contra possíveis inversões de polaridades.

Os Controladores Lógicos Programáveis (CLP’s) de cada Estação de Simulação são conectados a um switch configurando uma rede de comunicação em padrão Ethernet.

O laboratório será fornecido com todas as configurações do sistema supervisório, a elaboração de telas gráficas, e os comandos a serem executados por ele, incluindo todos os parâmetros elétricos e mecânicos de cada estação, com telas específicas para cada elemento constituinte do sistema de medição, acionamento e carga, apresentado em tempo real todas as informações advindas dos sensores de sinais elétricos e mecânicos.

Também acompanha a programação do sistema supervisório, sendo que todos os programas desenvolvidos são fornecidos com o código fonte. A programação dos controladores programáveis é realizada em linguagem Ladder.

Toda licença de ferramenta computacional (software), necessária á comunicação, configuração e demais características funcionais dos Controladores Lógicos Programáveis (CLP’s), sistema supervisório, sensores, medidores e acionadores são parte integrante do fornecimento.

A instrumentação utilizada nas diversas estações bem como o sistema de acionamento e os motores, são industriais, ou seja, os equipamentos utilizados (sensores, medidores, acionamentos, dispositivos de seccionamento e proteção, etc.) são próprios para sistemas industriais e disponíveis comercialmente, ou seja, fazem parte do catálogo de produtos de seus respectivos fabricantes.

Cada estação é entregue pronta para os ensaios com todo cabeamento (fiação referente aos sensores, acionamento e sistema de medição) das mesmas.

Cada estação possui diferentes cargas, com sensoriamento e peculiaridades distintas. Assim sendo, faz-se necessário uma complementação tanto ao nível de equipamentos/instrumentos quanto às funcionalidades inerentes a cada processo analisado. Desta forma, nos próximos links serão apresentadas as características típicas de cada estação.