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Unidade de Controle

Módulo de Entrada

A entrada de dados das máquinas CNC pode acontecer de forma local (o usuário realiza a entrada de dados na própria máquina, ou pelo painel de controle ou por um dispositivo externo, como um disco magnético, por exemplo) ou por meio de uma rede de comunicação (redes DNC que utilizam, por exemplo, o padrão de comunicação serial, através de padrões RS 232 ou RS 432). Cabe observar que o uso de redes DNC permite que um servidor armazene e faça a transmissão dos programas para mais de uma máquina CNC de forma simultânea e ainda monitore a condição atual de cada uma delas.

Central de Processamento

Em geral composta por um microprocessador com sua interface de entrada e saída e as unidades de memória do CNC.

O microprocessador é o dispositivo responsável pela interpretação das informações enviadas na como entrada para o CNC e enviar o resultado já processado pelo programa armazenado em sua memória (comando da máquina) para o restante do CNC.

Quando falamos em memória do CNC, devemos ter em mente que essa memória se divide em três tipos de memória:

Memória ROM: memória de leitura apenas onde fica armazenada as informações fornecidas pelo fabricante do CNC, como, por exemplo, o interpretador de código EIA\ISO;

Memória RAM: memória volátil que serve, em geral, para armazenar as imagens de entrada e saída (buffers formados pelo microprocessador para depois serem enviadas ao circuito);

Memória EEPROM: Memória estática onde o usuário armazena algumas informações da máquina (informações sobre ferramentas, por exemplo) e programas.

Módulo de Saída

Transmite para os outros circuitos de controle os dados já processados pela unidade central de processamento, permitindo que esses atuem de forma a realizar uma tarefa.

Unidades de Potência

É a unidade responsável pelos acionamentos dos motores que realizam os movimentos dos eixos e mesmo o controle do acionamento e do funcionamento do eixo árvore da máquina.

Drivers

Os drivers são os circuitos responsáveis pela interpretação das informações enviadas por sensores ou mesmo pelos elementos de processamento, para realizar o acionamento dos dispositivos atuadores.

Esses drivers, em geral, são compostos por dispositivos de amplificação de sinal, para amplificar um sinal de baixa amplitude enviado pelo sensor ou pelo controlador, para que esse novo sinal amplificado seja suficiente para realizar o acionamento do dispositivo atuador.

Existem drivers que realizam a isolação do sinal de acionamento para o sinal que irá acionar o elemento atuador. Essa isolação pode ser realiza de algumas formas, como por exemplo, isolamento óptico.

Nos drivers com isolamento óptico, o sinal é isolado por meio de fototransistores ou conjuntos foto-diodos emissores e receptores, onde o sinal de entrada faz com um elemento emissor transmita luz para o elemento receptor, e esse converta esses fótons de luz enviados pelo emissor em sinal elétrico, que habilita o funcionamento do restante do circuito ligado a ele.

A vantagem de se realizar o isolamento do circuito de controle, dos elementos de atuação, é o fato de evitar que algum mal funcionamento que ocorra nos elementos atuadores venha a danificar o circuito de controle.

Cada motor na máquina CNC possui seu próprio driver de acionamento, sendo que esses drivers são específicos para cada tipo de motor acionado.

Motores de Corrente Contínua

Segundo características retiradas do fabricante WEG, são motores que, em geral, apresentam como características:

Potências: Até 10 MW;

Tensão de Alimentação: 110 a 800 VDC; Baixo nível de ruído;

Baixo momento de inércia;

Alta eficiência

Dados retirados do site do fabricante WEG (http://w.weg.net/br/Produtos-e-Servicos/Motores/Motores-Eletricos-de-Corrente-Continua/ Motor-de-Corrente-Continua), no dia 10/1/2008

Seu funcionamento é baseado na repulsão entre os campos do rotor e do estator.

Para que o rotor continue girando quando as forças se neutralizam, o coletor do motor realiza a inversão do sentido de circulação de corrente nos enrolamentos do rotor, fazendo com que ele continue a girar no mesmo sentido. A região onde ocorre a comutação do sentido de circulação da corrente nas espiras do rotor, recebe o nome de ZONA NEUTRA ou ZONA DE COMUTAÇÃO.

No rotor (também chamado de armadura), tem suas espiras ligadas em série e essas ligadas ao coletor do motor, permitindo que essas recebam alimentação externa independente.

Dentre as diversas configurações de alimentação existentes para os motores DC, a mais utilizada pela indústria é a Excitação Independe, onde a alimentação do rotor é feita de forma independente da alimentação do estator. Dessa forma, temos um maior controle sobre a rotação e o torque apresentado pelo motor.

O controle da rotação é feita controlando a alimentação do rotor. Já o controle do torque é feito controlando a alimentação do estator. Mantendo a alimentação do estator (também chamado de enrolamento de campo) constante, podemos variar a rotação do motor, mantendo constante o torque no motor.

Drivers de Acionamento de Motores de Corrente Contínua

Uma das formas de realizar o controle do motor de corrente contínua é construir um driver utilizando uma ponte retificadora totalmente controlada (com SCR’s) sendo disparados por um circuito de disparo (por exemplo, o 785 da Siemens).

O retificador totalmente controlado é composto por 6 SCR’s (quando desejamos retificar as três fases em uma rede trifásica) ou por 4 SCR’s (quando desejamos retificar apenas uma fase da rede).

O dispositivo SCR (Silicon Controled Retifier), é um tiristor (semicondutor composto de 4 camadas – PNPN), que apresenta como condições de disparo (comutação):

Potencial do anodo maior que o potencial do catodo (SCR diretamente polarizado);

Pulso positivo no terminal de gate em relação ao catodo.

Quando temos essas duas condições, o SCR estará conduzindo e permanecerá assim se quando o pulso de gate for retirado, a corrente que circula por ele for maior que a corrente de travamento do componente.

Uma vez conduzindo, o SCR deixa de conduzir quando a tensão de anodo se torna menor que a tensão de catodo, ou quando a corrente que circula por ele se torna menor que a corrente de manutenção do dispositivo.

Quem é responsável, no retificador, para garantir que cada SCR dispare no tempo correto, é o componente 785. Esse componente realiza o sincronismo do retificador com a rede de alimentação, dessa forma, os SCR’s apenas iram conduzir no momento apropriado e depois de um determinado tempo estipulado pelo controlador.

O tempo necessário para cada SCR conduzir (também conhecido como ângulo de disparo do SCR), é ajustado numa das entradas do 785 através de um valor de tensão que varie numa faixa de 0 a 10VDC.

Com esse conjunto, temos como controlar o nível de tensão que estará sendo aplicado ao enrolamento do rotor e do estator. Mantendo a tensão sobre o estator constante, podemos variar a tensão de alimentação sobre o rotor e não perder torque na ponta do eixo do motor, sendo essa umas das principais vantagens do motor DC. Reduzindo a alimentação do estator, podemos atingir rotações acima das rotação nominal do motor, com o custo de perdermos torque na ponta do eixo.

Motores Trifásicos de Corrente Alternada

O funcionamento dos motores de corrente alternada está baseado no princípio da máquina de indução. Os enrolamentos do estator são montados defasados 120º mecânicos entre si e alimentados por correntes defasadas 120º elétricos entre si, fazendo surgir assim um momento torçor no rotor que segue o deslocamento do campo girante. A circunferência de graus elétricos possui 2π rad (360º) para cada par de pólos do estator (a quantidade de pólos é igual a quantidade de pólos magnéticos que o estator apresenta quando alimentado).

Conversão de Graus Elétricos para Graus Mecânicos - Retirado de http://www.dee.feis.unesp.br/graduacao/disciplinas/ele0941/arquivos/cap4_maquina_%20de_%20inducao.pdf, página 3

São os motores mais utilizados pela indústria, devido ao seu baixo custo de implementação e manutenção quando comparados com motores de corrente continua.

Os motores de corrente alternada trifásicos apresentam diversos tipos de rotores, sendo o mais utilizado o rotor gaiola de esquilo (utilizado em cerca de 90% dos motores AC), devido a sua versatilidade e robustez, sendo substituído em algumas aplicações específicas apenas.

Esse tipo de rotor possuí ranhuras fechadas onde é injetado alumínio fundido, formando barras que interligam os dois anéis também de alumínio fundido que curto-circuitam essas barras.

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