transferência síncrona de bombas sem controlador lógico
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1. 30 Figura 4 9 Representa o Gr fica Teste de Transfer ncia 31 Figura 4 10 Montagem Final da Bancada 32 LISTA DE TABELAS Tabela 1 Estados de controle dos motores em um exemplo de Transfer ncia para cima 19 Tabela 2 Estados de controle dos motores em um exemplo de Transfer ncia para baixo 21 Tabela 3 C digo de cores do M dulo Wago de E S eras 23 LISTA DE EQUACOES Equa o Lisistncisstieawdisiien a 14 EQUA O 2 Sas a oi ess Se tas cael Ga alt a oh acts aq 14 EQUA O A A aa 15 EQUA O A joie stich Subsea sos CA a GT E RA 15 EQUA O ita ahaa A eel th ae Bana 15 SUMARIO TINERODUCA O 12 2 FUNDAMENTA O TE RICA ccssssssssssessessssscocsocsscsscsesocsscsucscsscsacsucsesncsacancaeesceneens 13 2 1 Inversor de Frequencia de Media Vensa0vsccis c sccc2cndssedaccngecceecice la ccsiecaisaieeceeeciarsccedig 13 2 2 Inversores MulLiN VEIS isaiegalnamissipaiesanisiodidadiaa sa onde 13 2 3 Caracter sticas do Inversor de Frequ ncia Perfect Harmony Siemens 16 2 4 Transfer ncia 5 TOs Ta doa es 18 32. APLICACOES DOS INVERSORES DE FREQUENCIA DE MEDIA TENSAO 2005 A figura demonstra um exemplo de aplica o de conversor de frequ ncia onde a tens o e frequ ncia da rede s o fixas e o motor aciona o equipamento recebendo uma tens o ou frequ ncia ajust vel resultando em um controle da velocidade A partir de uma vis o geral o funcionamento pode ser simples porem necess rios v rios c lculos para ter o melhor controle de velocidade 120 f Ns a Equa o 1 __ Ns Nm S is Equa o 2 Onde Nm velocidade de rota o do motor em r p m rota es por minuto Ns velocidade de rota o s ncrona em r p m rota es por minuto s fator de escorregamento f frequ ncia da rede el trica em Hertz geralmente 60 Hz p n mero de polos do motor 2 4 6 e assim por diante 15 Conforme GRIPP Jr 2005 Toda m quina de indu o para seu funcionamento deve possuir uma diferen a entre as velocidades do campo magn tico do estator do seu rotor ou seja um 1 4 escorregamento Caso n o haja esse escorregamento n o haver nenhuma for a eletromotriz induzida no rotor pois o fluxo de corrente neste seria zero Atrav s da Equa o 1 pode se calcular a velocidade s ncrona de um motor de corrente alternada No caso do motor de indu o essa velocidade significa a velocidade do campo magn tico do estator Ent o se passa Equa o 2 que com o valor do escorregamento que vem nos dados d
3. e 1 Potenci metro de 10kQ Usado para fazer a simula o de eleva o e diminui o da press o do sistema e 1 Cabo com conex o serial e 1 cabo de rede Al m destes componentes ser utilizada a programa o SOP dedicada para o controle e monitoramento dos Inversores Perfect Harmony Como o projeto consiste na elimina o do CLP do sistema o SOP ser encarregado de exercer tanto a fun o 26 programada para um acionamento normal do inversor quanto para os comandos de transfer ncia sincrona O programa ser carregado no cart o flash do DCR e atrav s da placa de comunica o deste poder mandar os comandos para o m dulo WAGO de E S A programa o SOP consiste em opera es l gicas semelhantes as usadas em eletr nica digital Para o acompanhamento do sistema ser usado o software ASIRobicon Tool Suite software j utilizado para a configura o do Inversor Nele ser poss vel acompanhar o status de cada entrada e sa da do m dulo WAGO de E S acompanhar as opera es feitas no SOP al m de poder ter a leitura do n vel de press o em cada Bomba Hidr ulica atrav s das entradas anal gicas Segue abaixo um exemplo da tela de monitoramento das opera es do SOP e dos acionamentos do m dulo WAGO TINXG Debug Tool TESTES E JE Ra Debug tool TESTES Operation Status SOP Faults illarms Networks Files Logs About O sists Ae Networks Eles Logs A Wago Status Comparator Status Analog
4. onda cont nua em alternada novamente por m com n veis de tens o e frequ ncia ajust veis BYPASS CONTACTOR i x o DEDICATED SECONDARY OF INPUT TRANSFORMER FIBER OPTIC LOCAL CONTROL SIGNALS TO amp FROM MASTER CONTROL Figura 2 1 C lula de potencia Retificador Elo CC e Inversor Fonte Perfect Harmony Medium Voltage Variable Frequency Drives Engineering Manual Version 3 1 2011 2 3 Caracter sticas do Inversor de Frequ ncia Perfect Harmony Siemens Perfect Harmony uma s rie de acionamentos de motores CA de frequ ncia vari vel por modula o da largura de pulso projetada e fabricada pela ROBICON O acionamento Perfect Harmony atende s seguintes requisi es de qualidade de energia Fornece uma entrada de alimenta o limpa proporciona um alto fator de pot ncia e uma sa da senoidal quase perfeita 17 Figura 2 2 Inversor de M dia Tens o Siemens Fonte Perfect Harmony Medium Voltage Variable Frequency Drives Engineering Manual Version 3 1 2011 A s rie de acionamentos Perfect Harmony atende s exig ncias mais rigorosas da IEEE 519 1992 para distor o harm nica de tens o e corrente mesmo que a capacidade da fonte n o seja maior que a pot ncia nominal do acionamento Esta s rie de acionamentos protege outros equipamentos conectados na mesma linha tais como computadores telefones e reatores de ilumina o contra perturba es de harm nicas O Perfect Harmony
5. possui entradas e sa das digitais e anal gicas que ser o respons veis pela leitura das press es das bombas e acionamento destas por rel s que s o acionados conforme a demanda O principal objetivo deste trabalho desenvolver um sistema de Transfer ncia S ncrona de duas ou mais bombas hidr ulicas utilizando apenas um Inversor de M dia Tens o 13 2 FUNDAMENTACAO TEORICA 2 1 Inversor de Frequ ncia de M dia Tens o O termo Inversor de Frequ ncia tamb m chamado Acionador ou drive termo utilizado no exterior Os acionadores possuem como caracter stica fundamental o acionamento de m quinas divididos em est ticos ou de partida Na categoria est ticos encontramos os conversores de frequ ncia acionamento de frequ ncia ajust vel que utiliza o m todo de variar a frequ ncia da tens o el trica para se dar a partida e variar a velocidade de motores Normalmente um conversor de Frequ ncia composto por tr s estruturas um retificador um elemento armanezador de energia e um inversor No caso da aplica o deste trabalho a estrutura ser de um conversor CA CC CA o qual normalmente utilizado em sistemas para comercializa o da energia el trica poss vel a inser o de filtros CC entre a retifica o e a Invers o Devido ao fato de uma parte do acionamento ser inversor com o passar das aplica es deste equipamento ficou popularizado como Inversor de frequ ncia 2 2 Inversores Multin veis Se
6. Inputs Detected 2 0 0 0 0 0 0 Comparator1_I Comparator17 0 0 0 0 0 0 Comparator2_I Comparator 18 0 0 0 0 0 0 Comparator3_I Comparator 19 Analog Outputs Detected 2 Comparator4 I Comparator20 0 0 0 0 0 0 Comparator5 Comparator21 0 0 0 0 0 0 Comparator6 Comparator22 Digital Inputs Detected 14 Comparator7 Comparator23 01 01 02 02 03a 03h 04a 04h 05a 05h 06a 06h Comparators Comparator24 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 07a 07h 08a 08h 09a 09h 10a 10h 11a 11h 12a 12h Comparator9_I Comparator25 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 Comparator10_I Comparator26 Digital Outputs Detected 14 Comparator11_I 0 Comparator27 01a 01h 02a 02h 03a 03h 04a 04h 05a 05h 06a 06h Comparator12 1 Comparator28 00000001 00100000 00000000 00000000 00000000 00000000 Comparator13_I Comparator29 I I I 07a 07h 08a 08h Comparator14_ Comparator30 00000000 00000000 Comparator15_ Comparator31 Comparator16_ Comparator32 Internal Error Communication Alarm No Communication Fault No 172 17 20 16 Comparator 19 setup Comparator 20 setup Comparator 21 setup E Comparator 22 setup Comparator 23 setup Comparator 24 setup Comparator 25 setup 172 17 20 16 d Iniciar L NXG Debug Tool TE NXG Debug Tool TE comparador porcenta Figura 4 5 Software ASIRobicon Tool Suite 27 3 1 Software de Controle SOP A l g
7. METODOLOGIA 22 3 Software de Controle dress silva 27 RESULTADOS qua carina 30 SE CONCLUS O ata mina 33 REFER NCIAS BIBLIOGR FICAS ssssssssssssssssssscsssocsssssssssessssssscssssssssssssssessssseseseeses 34 APENDIC 35 12 1 INTRODUCAO O projeto baseado em uma aplica o de Inversores de M dia Tens o chamada Transfer ncia S ncrona com bombas hidr ulicas O projeto consiste em um sistema onde s o utilizados v rios motores para retirar petr leo ou controlar n veis de gua em um reservat rio Atualmente utilizado um CLP para fazer o sistema de entrada e sa da das bombas enquanto o Inversor de M dia Tens o realiza o sincronismo de fase e frequ ncia com a rede porem proposto neste trabalho a elimina o do CLP do sistema e assim a l gica que havia no Controlador ser atribu da junto a programa o interna do Inversor chamada SOP O inversor possui uma programa o interna que realiza varias opera es no drive a partir das opera es l gicas deste programa ser poss vel realizar um projeto semelhante ao utilizado no projeto com CLP porem ser necess rio refazer toda a l gica para adapta o Todos os comandos efetuados pelo SOP tem comunica o com um m dulo WAGO via cabo serial Este m dulo
8. UNIVERSIDADE SAO FRANCISCO Curso de Engenharia El trica FABIO CASTELLETTO DELFORNO TRANSFERENCIA S NCRONA DE BOMBAS SEM CONTROLADOR LOGICO PROGRAMAVEL Itatiba 2012 FABIO CASTELLETTO DELFORNO R A 002200800534 TRANSFERENCIA S NCRONA DE BOMBAS SEM CONTROLADOR LOGICO PROGRAMAVEL Itatiba 2012 Monografia apresentada Banca Examinadora do Trabalho de Conclus o do Curso de Engenharia El trica para an lise e aprova o Orientador Paulo Eduardo Silveira Mestre FABIO CASTELLETTO DELFORNO TRANSFERENCIA SINCRONA DE BOMBAS SEM CONTROLADOR LOGICO PROGRAMAVEL Monografia aprovada no Programa de Gradua o em Engenharia El trica da Banca Examinadora Prof Paulo Eduardo Silveira Orientador Universidade S o Francisco Prof Maur cio Fabbri Examinador Universidade S o Francisco Cristiano Alexandre A Antonio da Silva Examinador Convidado Externo Universidade S o Francisco como requisito parcial para obten o do t tulo de Bacharel em Engenharia El trica Data da aprova o AGRADECIMENTOS Agrade o aos meus pais Norberto e Adriana por sempre me dar suporte e acreditar em meu potencial motivando e ajudando a superar desafios Ao meu orientador Paulo Silveira a quem contribui de forma efetiva em meu trabalho passando sugest es e ajudando em dificuldades encontradas no decorrer da pesquisa e elabora o Ao colega de trabalho Cristiano Silva agrade o po
9. a frequ ncia esperando pelo bloqueio de fase esperando pelo fechamento do contator e transfer ncia completa 20 O termo transfer ncia para baixo utilizado para sincronizar o acionamento a um motor alimentado pela linha desacoplar o motor da linha e transferi lo da linha para o acionamento Com o Controle NXG o acionamento controla a tens o de sa da antes de travar a frequ ncia do motor via algoritmo de partida com motor girando Spinning Load Para que o acionamento efetue tal sincronismo requer se que o contator esteja fechado no in cio da sequ ncia de transfer ncia para baixo O acionamento capaz de sincronizar a frequ ncia em alguns milissegundos O acionamento ent o aumenta a corrente de torque antes de indicar que esta pronto para aceitar o motor e abrir o contator de linha M2 transferido para o estado de espera 0 O controle do VFD transferido de M2 para M1 no per odo de tempo t medida em que a demanda permane a baixa A esta altura o controle M1 vai da Linha ao VFD M3 transferido para o controle inativo 0 O controle do VFD _ transferido de M3 para 2 no instante t medida em que a demanda permanece baixa A esta altura M2 vai da Linha ao VFD Figura 3 2 Representa o gr fica de uma amostra de Transfer ncia para baixo sem demanda Fonte Manual de Inicializa o de T picos Avan ados para s rie Perfect Harmony 21 Tabela 2 Estados de controle dos motor
10. e Transfer ncia S ncrona sem CLP este mostrou t o vi vel quanto a aplica o realizada atualmente Com um custo reduzido de materiais necess rios e facilidade para montagem e comissionamento a utiliza o deste sistema sem CLP pode ser realizado por m deve se fazer algumas mudan as quanto as vari veis que fazem parte do Inversor de M dia Tens o como feedbacks que s o necess rios para que n o ocorra falha durante a transfer ncia Estas vari veis n o foram utilizadas na montagem do simulador pois s o invi veis a t tulo de teste devido ao tamanho f sico da aplica o uma vez que seria necess rio um sistema completo Para utilizar de fato esta forma de controle ser necess rio fazer um estudo mais abrangente de como estas vari veis podem ser incorporadas na l gica SOP e adaptar o drive para estas condi es de controle e acionamento 34 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS GRIPP Jr E Estudo das Tecnologias e Aplica es dos Inversores de Frequ ncia de M dia Tens o Tese Gradua o em Engenharia El trica Universidade Federal do Esp rito Santo 2005 CAMARGO R F M todo de Sincroniza o Aplicado a Conversores PWM Trif sicos Tese de Doutorado Universidade Federal de Santa Maria 2006 TOSSI L BRAGA H Chaves est ticas de transfer ncia Condicionamento de Energia Cap tulo VI O Setor El trico TOMER R Manual de Inicializa o e T picos Avan ados para a S rie Perfect Harmony Resfr
11. ento A opera o que o CLP executava na aplica o das Bombas passou a ser feita pelo pr prio Drive por meio de uma l gica interna chamada SOP j utilizada para executar determinados comandos e leitura de falhas do drive Neste trabalho foi proposto a montagem de uma bancada de teste onde foi poss vel simular uma Transfer ncia S ncrona atrav s da programa o interna do Inversor de M dia Tens o que realiza a leitura de press o de uma aplica o e a t tulo de teste utiliza contatores no lugar das Bombas usadas em aplica es reais Para realizar a l gica foi necess rio mudar toda a programa o para adaptar o sistema aos materiais utilizados para o teste Algumas vari veis utilizadas na programa o da Transfer ncia S ncrona n o foram aplicadas pois seria necess rio o sistema completo O desenvolvimento da pesquisa elabora o da l gica montagem e resultados ser o apresentados ao longo deste trabalho Palavras chave Transfer ncia S ncrona Inversor de M dia Tens o bancada de teste ABSTRACT The increase of the oil extraction and the demand for more power plants in Brazil and other countries require the use of a device called Frequency Inverter for the operation of engines and equipment more efficiently With the use of a system called Synchronous Transfer this problem is solved efficiently and economically in relation to the common system In Synchronous Transfer you can trigger multiple engines in accordance wit
12. es em um exemplo de Transfer ncia para baixo Linha 100 Linha 100 VED 100 Linha 100 Linha 100 VFD 100 0 Linha 100 VFD 100 0 Desligado 0 100 0 Desligado 0 Desligado 0 VFD desligado Desligado 0 Desligado 0 0 Fonte Manual de Inicializa o de T picos Avan ados para s rie Perfect Harmony 2004 Estados de uma transfer ncia para baixo Inicio da transfer ncia Esperando pelo bloqueio da frequ ncia esperando pelo fluxo nominal no motor esperando pelo fechamento do contator e transfer ncia completa 3 METODOLOGIA 22 a simula o de uma Transfer ncia Sincrona foi proposto montagem de uma bancada onde t tulo de teste foram montados contatores para substituir as bombas hidr ulicas no sistema de Transfer ncia Para o controle e programa o dos acionamentos foram utilizados equipamentos que j integram na lista de materiais em uma montagem do Inversor de M dia Tens o Perfect Harmony exceto para a simula o das bombas o qual ser utilizado contatores pois ser invi vel fazer esta demonstra o acionando uma bomba hidr ulica a fim de cumprir o prop sito deste trabalho que a redu o de custo do sistema final Segue abaixo a lista dos materiais necess rios para a realiza o do Projeto e 1 M dulo WAGO 24Vcc 4 entradas anal gicas 2 sa das anal gicas 7 entradas digitais e 7 sa das d
13. gundo GRIPP Jr 2005 v m crescendo a demanda de acionamento em plataformas de petr leo e a necessidade do aumento de efici ncia na gera o de energia as aplica es de inversores para alta potencia est o cada vez mais presentes Porem os conversores que possuem chaves com altas frequ ncias n o trabalham com altas tens es acima de 1kV apenas com aplica es de baixa tens o Entretanto para eliminar este problema h a op o de se usar um Conversor de Multin veis O Inversor Multin vel tem a capacidade de sintetizar uma forma de onda com v rios n veis de tens o e ou corrente Nessas situa es a THD diminui a medida que o numero de n veis aumenta resultando em uma forma de onda de sa da muito pr xima a senoidal entretanto esses dispositivos aumentam a complexidade do sistema 14 Em muitos processos industriais ha a necessidade se ter 0 controle de velocidade de um determinado equipamento para que se tenha no final um produto com maior qualidade tendo alguma economia de energia pois as maquinas trabalhariam conforme a demanda requerida pelo sistema Os conversores podem ter a fun o de suavizar a partida de motores dispensando a utiliza o de soft startes chaves estrela tri ngulo compensadoras e tem o controle de corrente durante a partida e por todo funcionamento do motor Motor Ventilador Sistema Eletrico Figura 1 Exemplo de acionamento do Inversor Fonte ESTUDO DAS TECNOLOGIAS E
14. h demand using only a Medium Voltage Inverter System and a PLC which is responsible for controlling the input and output of the engine system In this work a more viable option than the common application of Synchronous Transfer has been developed by which the use of the CLP was eliminated reducing costs and physical space occupied by the equipment The operation performed in the CLP application of the pumps has to be made by the drive by means of an internal logic called SOP already used to execute certain commands and the reading of drive failure This work has been proposed to mount a test bench where it was possible to simulate a synchronous transfer through the internal programming of the medium voltage drive that performs the reading of an application pressure and utilizes a test contactor rather than pumps used in actual applications To perform the logic in SOP all programming was changed according to the availability of tests performed and materials We have not applied all the variables that make up the logic of the Synchronous Transfer since it would be necessary to use a complete system The development of research elaboration of logic assembly and results will be presented throughout this work Keywords Synchronous Transfer Medium Voltage Drive test bench CLP SOP CA CC THD NXG VFD RPM IEEE LISTA DE ABREVIATURAS Controlador de Logica Programavel Linguagem de Programagao do Inversor Corrente Alternada Corrente Con
15. iado a Ar Siemens Energy amp Automation 2004 TOMER R Manual de Inicializa o de Controle do NXG Siemens Energy amp Automation 2007 APENDICE Diagrama el trico da bancada de teste 35 36 Diagrama el trico da bancada de teste TECLADO E TaT WEC 2a 24V ENTRADA ETHERNET NA PORTA O ACOPLADOR FEMEA o FIELDBUS 12345678 750 316 ov L LINKA i FL 4 E FL 4 16 WO eves 4 E CABO BLINDADO 9 COND 24 AWG ENTRADA CONECTOR CONECTOR ANAL GICA TRASEIRO DB cer POSIGAO 1 WAGO MACHO SLOT 1 750 452 DER 5 i i RAQUE DE 1 POS O H gacko 1 PLACAS DIGITAIS i I v3 FONTE DE ALIMENTA O EDoot PLACA DO i 3 fow CONTROLE of I PROCESSADORA 750 517 b Lf l 1 2 I E Lo EDoot o nt Pees RELE WAGO DE T g a 24 Vee feet 11 ur Oi 1 of 11 3 12 12 6 13 13 13 13 113 13 13 Kl K4 K2 K5 K3 EDo01 2 E 14 4 14 14 21 Bomba 1 Bombs 2 04 Boaba3 x 15 5 11 2 16 16 110 Vea Ble 5 EDo01 424 Neutro 6 ha EDo01 eft Q 0 11 20
16. ica da programa o SOP respons vel por receber os dados de entrada e resultar em uma determinada sa da Atrav s de uma entrada anal gica o drive monitora o percentual de press o no fluxo total do sistema e de acordo com o valor lido opera determinado comando Para iniciar o circuito necess rio pressionar o bot o Manual Start encontrado no KeyPad Robicon este comando por sua vez acionar uma sa da digital que fechar o contator do circuito do primeiro motor partindo com o Inversor O Inversor estar controlando o motor a 100 de velocidade mas caso a vaz o do sistema caia para 80 a segunda bomba acionada atrav s de uma sa da digital que fechar o contator do circuito do segundo motor e a primeira bomba passa a ser controlada pela rede transfer ncia para baixo estabilizando o sistema a 100 de vaz o Caso a entrada da segunda bomba n o consiga manter estabilizada a vaz o e chegue a 60 a terceira bomba acionada atrav s de outra sa da digital que fechar o contator do circuito do terceiro motor e a segunda bomba passa ser controlada junto a primeira pela rede transfer ncia para baixo Ap s determinado tempo que o sistema se manter estabilizado as bombas s o retiradas da rede uma de cada vez conforme a demanda transfer ncia para cima porem se ocorrer diminui o da vaz o a transfer ncia para baixo acionada automaticamente conforme citado acima Toda a l gica baseada em opera es matem
17. igitais comunica o via cabo serial Equipamento respons vel por fazer os acionamentos que eram feitos por um CLP em um sistema convencional onion leo A onion 192 E On Om oni onion bl le en ig 7 gt n on A en Ea en EM N Figura 4 1 Sistema WAGO de E S Fonte S rie Perfect Harmony Manual de Inicializa o de T picos Avan ados 2004 nleo i a Hen ba ee gt 23 Tabela 3 C digo de cores do M dulo WAGO de E S Fun o do M dulo Cor Sa da Digital Vermelho Entrada Digital Amarelo Entrada Anal gica Verde Sa da Anal gica Azul M dulos Especiais Sem cor Fonte Manual de Inicializa o de T picos Avan ados para s rie Perfect Harmony 2004 A comunica o entre o M dulo WAGO e o DCR feito atrav s de uma rede Modbus e 6 Contatores Siemens Tens o da bobina 24Vcc 12A Ser respons vel por simular as Bombas Hidr ulicas e tamb m para fazer a Transfer ncia para baixo e Transfer ncia para cima do sistema Os contatores ser o acionados a partir do acionamento das sa das digitais do WAGO Figura 4 3 Contator Siemens 24Vcc 24 e 1 DCR Fonte Entrada de 110 sa da 5 15Vcc 24Vcc DCR Controle Principal no Inversor de M dia Tens o e recebe energia de uma fonte de energia individual Possui u
18. ma placa microprocessadora respons vel pela opera o de todas outras placas da programa o em SOP do drive Para a Placa de Entradas e sa das de controle Para a Placa de Placa de Condicionamento de Sinal aca Comunica es de Entradas Placa BGA Moduladora Digital Placa Adaptadora de Keypad Placa de Entrada Saida do Sistema Placa de Interface de Fibra Optica Nova Placa da CPU Fonte de Energia Figura 4 2 Chassi de controle mestre Fonte Manual de Controle NXG 2007 Para a montagem da bancada de teste s foi utilizada a Placa da CPU que contem o cart o de mem ria com a l gica SOP a Placa Adaptadora de Keypad que enviar e receber as informa es do Keypad como falhas ocorridas e leitura de par metros A fonte de 25 Alimenta o possui sa das de 5Vdc 15 Vdc 24Vdc que alimentar tanto o circuito do DCR quanto o m dulo WAGO e 1 Keypad Robicon Teclado usado para fazer o controle dos par metros do Inversor Perfect Harmony No projeto poder iniciar ou desligar o sistema podendo exibir na tela mensagens caso haja falha nos equipamentos POWERON FAULT RUN FAULT W i Ic 0 AUTOMATIC nuronan ES MANUAL START 7 CI MANUAL pele STOP aw hats 7ROBICON Figura 4 4 A interface de teclado e visor da s rie Perfect Harmony Fonte Manual de Inicializa o de T picos Avan ados para s rie Perfect Harmony 2004
19. ndos para realizar a Transfer ncia para Cima e 10 segundos para realizar a Transfer ncia para Baixo Para visualiza o de quando cada Bomba est acionada foram utilizados sinalizadores luminosos Se determinada Bomba estiver sendo modulada pelo drive ou em controle da Linha o sinalizador desta estar ligado 30 4 RESULTADOS Ap s a realiza o da montagem e testes da bancada foi poss vel comprovar o funcionamento deste simulador de Transfer ncia S ncrona conforme acontece em uma situa o real de aplica o Foram montados os gr ficos da simula o da Transfer ncia para Cima e Transfer ncia para Baixo Segue abaixo os resultados obtidos ap s os testes Figura 4 8 Representa o Gr fica Teste de Transfer ncia para Cima A tabela acima mostra o funcionamento quando o sistema informa a necessidade da utiliza o de mais bombas para suprir o nivel de press o necess ria Em tl temos o momento em que partida a primeira Bomba sendo modulada pelo drive Ap s meio per odo de tl o sistema informa que a press o diminuiu e a l gica inicia a transfer ncia para segunda Bomba Este Timer foi utilizado na l gica para simular o tempo que o drive necessita para sincronizar a Frequ ncia e a Corrente da Bomba com a linha Foi utilizado um Timer na l gica que desliga o Contato do drive na Bomba 1 e depois aciona o contato de Linha da Bomba 1 Com o a Bomba 1 em controle da linha contato um tempo
20. o motor calcula a velocidade do eixo Como a velocidade do motor est diretamente relacionada com a velocidade s ncrona Ns preciso variar a frequ ncia que diretamente proporcional Ns E exatamente a frequ ncia f que o inversor mudar fazendo com que a velocidade do motor varie J a varia o da tens o na sa da do inversor est relacionada com o fluxo magn tico do motor De acordo com as equa es seguintes pode se notar que a frequ ncia diretamente proporcional pot ncia que por sua vez diretamente proporcional corrente do motor Como na maioria das vezes o objetivo manter o torque constante preciso que a tens o tamb m seja ajustada para se conseguir tais resultados P V xIx Equa o 3 P Txw gt w 2r f Equa o 4 Equa o 5 T k xq x Ir x cos T Onde P Pot ncia V Tens o Ir Corrente do rotor T Torque no eixo Fluxo magn tico q Angulo de defasamento KT Constante de torque 16 w Velocidade angular Tendo em vista funcionamento como um todo de um inversor de frequ ncia mostrado a seguir Figura 2 sua estrutura f sica e tecnol gica Basicamente os inversores consistem de tr s est gios um retificador de entrada para converter a tens o de corrente alternada CA em corrente cont nua CC um Elo CC para armazenar e filtrar o n vel de tens o ou corrente cont nua retificada e um inversor na sa da para converter a forma de
21. onseguido usando se a frequ ncia da linha da entrada como refer ncia de velocidade Quando a frequ ncia igualada deve se fazer o mesmo procedimento com a fase com um adiantamento pr determinado para assegurar que a pot ncia seja fornecida pelo acionamento enquanto o contator de linha esta fechado Quando a sincroniza o estiver completa o contator do acionamento aberto e o acionamento para por in rcia para finalizar a transi o 19 1 transfendo para alimenta o pela linha 100 O controle do VFD transferido de M1 para M2 no per odo tz a medida em que continua a demanda M2 transfendo para a alimenta o pela rede 100 O controle do VFD transferido de M2 para M3 no per odo t medida em que continua a demanda Figura 3 1 Representa o Gr fica de uma Transfer ncia para Cima com demanda cont nua Fonte Manual de Inicializa o de T picos Avan ados para s rie Perfect Harmony 2004 Tabela 1 Estados de controle dos motores em um exemplo de Transfer ncia para cima VFD Desligado Desligado 0 Desligado 0 0 VED 0 100 Desligado 0 Desligado 0 Linha 100 VFD 0 100 Desligado 0 Linha 100 Linha 100 VED 0 100 Linha 100 Linha 100 VED 100 Fonte Manual de Inicializa o de T picos Avan ados para s rie Perfect Harmony 2004 Estados de uma transfer ncia para cima Inicio da transfer ncia Esperando pelo bloqueio d
22. para que a Bomba 2 31 entre no sistema sendo modulada pelo drive A Bomba 1 s transferida para o controle da rede se durante a sincroniza o ela atinge os 60 Hz o faseamento da rede O mesmo processo se aplica quando necess rio incluir mais Bombas no sistema para manter a press o DRIVEL Figura 4 9 Representa o Gr fica Teste de Transfer ncia para Baixo Caso a press o se estabilize e n o seja necess rio usar a terceira ou segunda Bomba utilizada a Transfer ncia para baixo Na situa o inicial da tabela o drive est modulando a terceira Bomba e as Bombas 1 e 2 est o sendo controladas pela linha A partir da metade do ponto t1 o sistema informa que a press o est estabilizada e n o mais necess ria a utiliza o da terceira Bomba ent o inicia a Transfer ncia para Baixo passando o controle do drive para a segunda Bomba e a Linha controla somente a primeira Bomba Caso a press o continue subindo ser realizada a Transfer ncia mais uma vez e o drive passa a acionar a primeira Bomba 32 Segue abaixo a montagem da bancada para a simula o de uma Transfer ncia S ncrona sem CLP utilizando os materiais mencionados na Metodologia Te ae Figura 4 10 Montagem Final da Bancada 33 5 CONCLUSAO Ap s a elabora o deste trabalho e realiza o da montagem do simulador pode se concluir que para o efeito de teste e estudo do sistema d
23. putO1la_1I Keypadmanualstop IT Counter 08 ExternalDigitalInputoZa IT ExternalDigitalInputO2c KeypadManualstop I Temprlagis o Figura 4 6 Linguagem SOP 28 A l gica opera o sistema conforme a Figura 4 7 onde os contatos D1 D2 e D3 s o as sa das digitais do m dulo WAGO correspondentes ao controle do drive enquanto L1 e L2 s o as sa das digitais correspondentes ao controle das bombas pela rede O sistema possui intertravamentos tanto el tricos como por l gica onde uma bomba nunca poder ser acionada pelo contato da rede e do drive ao mesmo tempo pois fecharia um curto circuito entre a alimenta o da rede com a sa da do drive A programa o foi desenvolvida para que sempre o drive controle pelo menos um motor da rede sendo assim pode se ter 2 bombas sincronizados com a rede e 1 bomba sendo modulada pelo Inversor 29 Segue abaixo o diagrama de interliga o de pot ncia com os contatos do drive o Inversor de M dia Tens o VFD os contatos de Rede e as Bombas Hidr ulicas BOMBA BOMBA BOMBA A B E Figura 4 7 Diagrama de Pot ncia Com o intuito de simular o per odo de sincronismo de fase e frequ ncia foi incorporado l gica Timers que ser o acionados quando houver a necessidade de realizar a Transfer ncia de Bombas Como n o poss vel realizar o sistema real pois seria necess rio utilizar as Bombas e o Inversor completo foi atribu da uma contagem de 10 segu
24. r ter disponibilizado seu tempo em me ajudar com seu conhecimento e experi ncia no desenvolvimento e montagem deste trabalho Aos meus amigos Rafael Peres Pedro Fazio que desde o in cio do curso me apoiaram e ajudaram a passar por testes e dificuldades na vida acad mica Principalmente agrade o a Deus por me dar a chance de superar esta empreitada e junto com todos citados acima conquistar esta importante fase em minha vida DELFORNO F bio Castelletto Transfer ncia S ncrona de Bombas sem Controlador L gico Program vel Itatiba 2012 no f Trabalho de Conclus o de Curso Universidade S o Francisco Itatiba 2012 RESUMO O avan o na extra o de petr leo e a demanda por mais usinas no Brasil e demais pa ses necessita da utiliza o de um equipamento chamado Inversor de Frequ ncia para a opera o de motores e equipamentos de forma mais eficiente Com a utiliza o de um sistema chamado Transfer ncia S ncrona este problema resolvido de forma eficiente e econ mica em rela o ao sistema comum Na Transfer ncia S ncrona poss vel controlar v rios motores conforme a demanda utilizando apenas um Inversor de M dia Tens o e um sistema de CLP que respons vel por controlar a entrada e sa da dos motores do sistema Neste trabalho foi desenvolvida uma op o t o vi vel quanto a aplica o comum de Transfer ncia S ncrona onde foi eliminado o uso do CLP reduzindo custos e ocupa o f sica do equipam
25. tamb m previne contra a linha cruzada com outros acionamentos de velocidade vari vel A entrada de alimenta o limpa elimina a necessidade de demoradas an lises de harm nicas resson ncia e custosos filtros de harm nicas A Figura 2 3 ilustra formas de onda de entrada t picas para as unidades de 6 pulsos 12 pulsos e da s rie Perfect Harmony 18 Corrente da Fonte 859 Corrente da Fonte Corrente da Fonte q Tens o da Fonte Tens o da Fonte Tens o da Fonte SERA Forma de Onda de Entrada Forma de Onda de Entrada Forma de Onda de Entrada T pica de 6 Pulsos T pica de 12 Pulsos S rie Perfect Harmony Figura 2 3 Formas de ondas de sa da do Inversor Fonte S rie Perfect Harmony Manual de Instala o 2004 2 4 Transfer ncia S ncrona Os acionamentos Perfect Harmony podem ser usados para acionar diversos motores por meio da tecnologia de transfer ncia s ncrona Tais aplica es s o usadas para partir proporcionalmente uma s rie de motores sendo um motor de cada vez Estes acionamentos possuem duas opera es a transfer ncia para cima e transfer ncia para baixo O termo transfer ncia para cima usado para transferir a alimenta o de um motor do acionamento para a rede el trica e depois desacoplar o motor do acionamento Esta opera o realizada fazendo se que o motor acelere at a frequ ncia nominal de maneira a igualar a frequ ncia de linha Isto c
26. ticas como soma e multiplica o semelhante s portas l gicas OR e AND alem de temporizadores e comparadores de sinais A leitura de porcentagem da press o do sistema realizada atrav s de uma entrada anal gica no m dulo vago que l um valor entre 4 a 20 mA e exibe no software Tool Suite a porcentagem correspondente Foi ligado um potenci metro nesta porta anal gica e conforme varia a resist ncia tem se um valor de corrente Para teste foi utilizado um mult metro com fonte de corrente de 4 a 20 mA realizando a mesma fun o do potenci metro Segue abaixo uma parte da l gica utilizada para controle do sistema de Transfer ncia S ncrona onde s o mencionados os par metros para leitura da porta anal gica e que seja feita a compara o do valor em porcentagem Caso o valor chegue ao primeiro limite a programa o inicia a transfer ncia para cima e caso o sistema se estabilize iniciada a transfer ncia para baixo Inicio Analogspeedmode analogi O TempF lagi5_o Temprlagi6 o Temprlag20 o Acionar Bomba 1 counter05 1 CounterReseto5 ExternalDigitaloutputOla O ExternalDigitaloutputOlig Counter08 1 CounterReset08 ExternalDigitaloutput02a_0 Acionar Bomba 2 Manual Counter06 1 CounterReset06 Automatico Counter09 1 TRUE Analogspeedmode Comparatori IT Comparator2 I Comparator3 1 Keypadmanualstart I Keypadmanualstop I 05 counter05 ExternalDigitalin
27. tinua Total Harmonic Distortion Next Generation Variable Frequency Drive Rota es por minuto Institute of Electrical and Electronics Engineers LISTA DE FIGURAS Figura 1 Exemplo de acionamento do Inversor errar 14 Figura 2 1 C lula de potencia Retificador Elo CC e ii 16 Figura 2 2 Inversor de M dia Tens o SicMens eeeeceesceeseccetnersoneccettconeeeetteesesneees 17 Figura 2 3 Formas de ondas de sa da do Inversor 18 Figura 3 1 Representa o Gr fica de uma Transfer ncia para cima com demanda assine qa pa ai ii 19 Figura 3 2 Representa o gr fica de uma amostra de Transfer ncia para baixo sem demandan nen cons a RU a E 20 Figura 4 1 Sistema WAGO de a Be aaa no 22 Figura 42 Contator Siemens 24V et saias lada sad sida pain 23 Figura 4 3 Chassi de controle 24 Figura 4 4 A interface de teclado visor da s rie Perfect Harmony 25 Figura 4 5 Software ASIRobicon Tool hese renee 26 Figura 4 6 Linguagem a ete et in See aca ee aaa 28 Figura 4 7 Diagrama de POL NCIA lssessse 2 25 jade eect duda eae aac 29 Figura 4 8 Representa o Gr fica Teste de Transfer ncia para
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