Bomba d’água – Controle com PLC e inversor!

Você sabe como automatizar os processos que envolvem bombas d’água? Sabe como fazer controles com PLC e inversor? No artigo de hoje, o Mundo da Elétrica irá falar como utilizar CLP’s em conjunto com inversores de frequência. Então vamos lá pessoal!

Uma área industrial em que os CLP’s e os inversores de frequência são muito usados é no bombeamento e tratamento de líquidos! Nessa área é essencial o controle do nível, do fluxo e da vazão dos líquidos.

Existem maneiras mecânicas de realizar esse controle, sendo que as mais comuns são utilizando válvulas, dampers e outros componentes nas tubulações.

Entretanto, nesse caso as bombas possuem apenas a função de impulsionar o líquido e os motores acoplados às bombas trabalham sempre na mesma velocidade, ou seja, somente ligando e desligando quando necessário. Visto isso, surge a necessidade de equipamentos que otimizem esses processos!

Inversores de frequência

Os inversores de frequência são comumente usados, pois eles realizam a variação da velocidade dos motores acoplados às bombas, assumindo o controle do fluxo e da vazão dos líquidos.

Existem muitos benefícios na utilização dos inversores, dentre eles podemos citar:

Uma forma de assegurar essa precisão é usando o algoritmo de controle PID (Proporcional, Integral e Derivativo) do CLP M221 da Schneider Electric.

O controle PID é um sistema em malha fechada em que você tem sinais de entrada, e com base em parâmetros definidos, são obtidos sinais de saída. Ele realiza cálculos matemáticos a fim de garantir a precisão do processo!

Como exemplo, pense em um carro que precisa acompanhar o outro, mantendo sempre 10m de distância. Caso o carro da frente acelere, o carro de trás precisa acelerar na mesma proporção para manter a distância de 10m. Nesse caso, o parâmetro seria a distância entre os carros, através dos sinais de saída!

Na imagem abaixo, é possível ver como seria o esquema desse exemplo.

Exemplo de controle PID.

Controle PID é um sistema em malha fechada.

É importante lembrar que os carros vão ter acelerações diferentes, prejudicando o resultado. Porém, o controlador PID recebe as informações dos dois carros, calcula e ajusta essas acelerações para minimizar a diferença da distância, com objetivo de sempre manter os carros 10m longe um do outro.

Simulação do controle da bomba d’água

Para simular o controle de uma bomba d’água usamos o CLP Modicon M221 com controlador PID da Schneider Electric. Com ele, é possível comandar um inversor Altivar Process, simulando um sistema de bombeamento de controle de nível de um reservatório de água.

O inversor de frequência é responsável pelo controle da bomba e nesse exemplo, a bomba será representada por um motor.

Na imagem abaixo, é possível observar o esquema dessa simulação.

Simulação do controle de uma bomba hidráulica.

Exemplo de controle de uma bomba d’água.

Caso seja necessário aumentar o nível do reservatório, o conjunto formado por CLP e inversor aumentarão a rotação da bomba.

Através de uma IHM (Interface Homem-Máquina), é possível controlar vários parâmetros do sistema e visualizar o comportamento do reservatório. Por exemplo, se o nível está aumentando, diminuindo ou se permanece estável.

Esses dados são lidos e interpretados pelo CLP! Nele é possível fazer programações para controlar o nível de acordo com um set point ajustado, através do agendamento de horários. Assim, conforme a necessidade, o CLP acelera ou desacelera o inversor da bomba para manter o nível ajustado.

Caso o nível diminua, por exemplo, o inversor acelera a bomba hidráulica de forma a encher o reservatório. Caso o nível aumente, o CLP faz o controle para que o inversor desacelere quando estiver próximo ao setpoint ajustado.

Toda a programação do CLP é feita através do aplicativo gratuito da Schneider, o EcoStruxure Machine Expert Basic.

Para a área de saneamento, por exemplo, uma função legal do CLP M221 é o uso do schedule, que é um calendário que permite a realização de agendamentos de rotinas para funcionamentos diferentes, de acordo com a necessidade do processo industrial, visto que a demanda de consumo de água pode variar muito em um sistema de distribuição ou saneamento, em diferentes períodos do dia.

A montagem do sistema é a mesma, mas a programação interna do CLP e dos inversores pode proporcionar variadas utilizações!

Um ponto que muitos técnicos têm dúvidas, é sobre a comunicação entre os inversores e o CLP. Tanto os inversores quanto o CLP, se comunicam pelo protocolo de comunicação Modbus Tcp, veja na imagem abaixo.

Protocolo Modbus da Schneider Electric.

Protocolo de comunicação Modbus Tcp.

Modbus é um protocolo de comunicação de dados utilizado em sistemas de automação industrial. Ele foi criado originalmente no final da década de 1970, pela fabricante de equipamentos Modicon, e é até hoje um dos protocolos mais utilizados em redes de CLP para aquisição de sinais de instrumentos e comando de atuadores!

Uma curiosidade é o fato da Schneider Electric ser a atual controladora da Modicon e, desde 2004 a sua utilização é livre de taxas de licenciamento, tornando esse protocolo uma das soluções de rede mais baratas a serem utilizadas em automação industrial.

Além disso, a Schneider possui diversos protocolos de rede de comunicação em seus produtos, como por exemplo, Can Open e Ethernet. Eles possibilitam a verificação do status do processo através de um celular ou tablet.

Existem milhares de soluções de automação que utilizam a comunicação entre CLP e inversores. Para um técnico ou engenheiro de automação industrial, o estudo de redes, drivers e sistemas de acionamento é essencial!

Na simulação usada como exemplo, foram utilizados o CLP M221 da linha Machine da Schneider, e o inversor Altivar Process, da linha Process.

No site da loja SE da Schneider Electric é possível adquirir produtos para automação industrial. Além disso, usando o cupom “MUNDO8”, todos os produtos da loja saem com um desconto de 8%. Basta inserir o cupom antes de finalizar a compra!

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Caso tenha ficado alguma dúvida sobre esse assunto, recomendamos que você assista o vídeo abaixo do canal Mundo da Elétrica!

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