Impulsionando a eficiência e a sustentabilidade nas indústrias com soluções de controle e movimento

Figura 1: Bombas de água em uma grande usina de energia. (Fonte da imagem: Shutterstock)

Diante dos desafios ambientais e da necessidade de produtos eletrônicos sustentáveis, os setores de todo o mundo estão buscando soluções para otimizar suas operações e minimizar sua pegada de carbono. Independentemente do setor, é necessário controlar os processos para reduzir o consumo de energia, minimizar o desperdício e maximizar a produção.

Os produtos de controle e movimento trabalham juntos para gerenciar o movimento, a velocidade e a posição de elementos mecânicos em aplicações eletrônicas. Esses produtos são projetados para fornecer controle preciso, eficiente e confiável sobre vários aspectos do movimento, permitindo que máquinas e equipamentos realizem suas funções com desempenho ideal e erro mínimo.

A DigiKey, uma distribuidora global de componentes eletrônicos, oferece uma ampla seleção de produtos de controle e movimento de vários fornecedores, permitindo que os clientes melhorem a sustentabilidade e a eficiência de seus sistemas automatizados.

Componentes principais dos sistemas de controle e movimento

No centro das soluções de controle e movimento estão os motores elétricos, que funcionam como o principal meio de conversão de energia elétrica em energia mecânica. Há vários tipos usados em aplicações, cada um com características e vantagens exclusivas. Por exemplo, os motores CA são conhecidos por sua durabilidade, eficiência e capacidade de operar em altas velocidades, o que os torna adequados para uso em máquinas industriais, sistemas HVAC e outras aplicações em que o desempenho confiável e de longo prazo é essencial. Os motores CC, por outro lado, oferecem excelente controle de torque e velocidade, o que os torna adequados para aplicações que exigem movimentos precisos, como robótica e sistemas automotivos. Os motores de passo proporcionam um posicionamento altamente preciso e são usados em impressoras 3D, máquinas CNC e outros dispositivos que exigem movimentos precisos e incrementais. Os servomotores, com seus tempos de resposta rápidos e alto torque de saída, são empregados em aplicações que exigem movimentos rápidos e precisos, como os sistemas aeroespaciais.

Para controlar e regular com eficiência a operação de motores, as soluções de controle e movimento dependem de uma variedade de acionamentos e controladores. Os inversores de frequência variável (VFDs) são usados para gerenciar a velocidade e o torque dos motores CA, permitindo uma operação suave e eficiente e economia de energia. Os acionamentos servos, projetados especificamente para servomotores, fornecem controle de malha fechada e permitem posicionamento e movimento altamente precisos. Os controladores de movimento, capazes de lidar com vários eixos de movimento simultaneamente, são empregados em aplicações complexas, onde coordenam e sincronizam o movimento de vários componentes para uma operação suave e precisa.

Os atuadores também desempenham uma função crucial nos sistemas de controle e movimento, pois são responsáveis por converter energia em movimento e fornecer força para mover componentes mecânicos. Conhecidos por sua alta produção de força e capacidade de lidar com cargas pesadas, os atuadores hidráulicos são utilizados em equipamentos de construção, maquinário industrial, etc., onde a potência bruta é necessária. Os atuadores pneumáticos, que dependem de ar comprimido para gerar movimento e proporcionar tempos de resposta rápidos, são utilizados em aplicações que envolvem movimentos rápidos e repetitivos, como linhas de embalagem e montagem. Os atuadores elétricos, incluindo os tipos linear e rotativo, fornecem controle preciso em aplicações como dispositivos e equipamentos médicos, automotivos e aeroespaciais.

Figura 2: Sistema de câmera com sensor de visão robótica em uma fábrica inteligente. (Fonte da imagem: Shutterstock)

Sensores, dispositivos de realimentação e sistemas de controle

Para garantir que os sistemas de controle e movimento operem com o mais alto nível de precisão e confiabilidade, são usados sensores e dispositivos de realimentação para monitorar e medir vários aspectos do movimento. Os sensores de posição, como os potenciômetros lineares e giratórios, fornecem dados em tempo real sobre a localização exata dos elementos mecânicos, permitindo o posicionamento e o rastreamento precisos. Os codificadores, como os incrementais e absolutos, são usados para determinar a posição angular e a velocidade dos eixos rotativos, permitindo um controle preciso da velocidade e da posição. Os resolvers, semelhantes aos codificadores, mas projetados para uso em ambientes adversos, também oferecem alta precisão e confiabilidade em aplicações sensíveis.

Os sistemas de controle que orquestram e gerenciam a operação geral das soluções de controle e movimento são o elo entre todos esses componentes. Os controladores lógicos programáveis (CLPs), computadores industriais robustos projetados para controle e automação, manipulam vários sinais de entrada e saída simultaneamente em automação de fábrica, controle de processos e outras aplicações. Os PCs industriais, que oferecem maior flexibilidade e capacidade de processamento do que os CLPs, costumam ser usados em conjunto com softwares avançados de controle de movimento para simular algoritmos de controle de movimento em sistemas complexos de vários eixos.

Componentes de controle e movimento em aplicações industriais

As soluções de controle e movimento são cruciais para aumentar a eficiência, a precisão e a produtividade em uma ampla gama de processos industriais. Por exemplo, elas gerenciam equipamentos como braços robóticos e máquinas operatrizes para aprimorar as operações industriais e minimizar os erros. Em fábricas e armazéns automotivos, os sistemas de controle e movimento coordenam o movimento de robôs industriais, robôs colaborativos (cobots) e robôs móveis autônomos (AMRs) para realizar tarefas como manuseio, montagem e inspeção. Da mesma forma, em aplicações industriais de empacotamento, as soluções de controle e movimento coletam e transportam itens como caixas e paletes usando sistemas de esteiras transportadoras, máquinas de classificação e sistemas automatizados de armazenamento/recuperação (AS/RS).

No setor médico, os sistemas de controle e movimento moldam a forma como a assistência médica é prestada e a pesquisa é conduzida. Eles permitem o posicionamento preciso, a dosagem e a automação em dispositivos e equipamentos médicos, como robôs cirúrgicos, sistemas de diagnóstico por imagem e instrumentação de laboratório. Por exemplo, os robôs cirúrgicos equipados com componentes de controle e movimento podem realizar procedimentos com precisão e invasão mínima, reduzindo o tempo de recuperação do paciente e melhorando os resultados gerais. Os sistemas automatizados de manuseio de líquidos em laboratórios de pesquisa farmacêutica também usam sistemas de controle e movimento para distribuir e misturar reagentes com precisão, agilizando o processo de descoberta de medicamentos e acelerando o desenvolvimento de novas terapias.

Os setores aeroespacial e de defesa também dependem de soluções de controle e movimento de precisão para aplicações de missão crítica, como posicionamento de satélites, sistemas de controle de aeronaves e orientação de mísseis. Nesses setores, até mesmo o menor desvio do movimento ou da posição pretendida pode ter um impacto catastrófico. As tecnologias de controle e movimento garantem que esses sistemas operem com precisão e confiabilidade excepcionais, permitindo que os satélites mantenham suas órbitas, que as aeronaves voem com segurança e que os mísseis atinjam seus alvos. Além disso, essas soluções possibilitam o desenvolvimento e o teste de novas tecnologias aeroespaciais e de defesa, permitindo que os engenheiros simulem e validem sistemas complexos antes de serem implantados em campo.

Entendendo a estratégia de vários fornecedores da DigiKey

Ao estabelecer parcerias com vários fornecedores, a DigiKey garante que os engenheiros e projetistas de sistemas tenham acesso a uma ampla seleção de produtos. Essa estratégia não apenas aumenta a variedade de produtos, mas também melhora a disponibilidade, promove preços competitivos e fornece acesso a uma grande variedade de conhecimentos técnicos. Uma clara vantagem da abordagem de vários fornecedores da DigiKey é a capacidade de atender a uma série de requisitos industriais. Seja um motor de passo compacto para instrumentação de precisão ou um acionamento servo de alto torque para automação pesada, o estoque da DigiKey oferece uma solução para todas as aplicações. Essa diversidade permite que os engenheiros encontrem os produtos mais adequados para suas necessidades específicas, que podem otimizar o desempenho e a eficiência geral do sistema. Além disso, ao adquirir produtos de vários fornecedores, a DigiKey minimiza o risco de interrupções na cadeia de suprimentos – quando um fabricante está enfrentando problemas ou atrasos na produção, produtos alternativos de outros fornecedores podem ser adquiridos, garantindo um fornecimento confiável e consistente para os clientes. Essa resiliência faz toda a diferença nas instalações industriais, onde até mesmo um tempo mínimo de paralisação pode ter um impacto significativo sobre os recursos, os orçamentos e as operações.

Produtos avançados de controle e movimento dos líderes do setor

As parcerias da DigiKey com os principais fabricantes, como Schneider Electric, Siemens e Omron, demonstram seu compromisso com a qualidade e a inovação. Esses gigantes do setor são conhecidos por suas soluções de ponta em controle e movimento, que incorporam recursos e tecnologias avançados para aumentar a eficiência e a sustentabilidade.

O Altivar™ Soft Starter ATS480 da Schneider Electric (Figura 3) baseia-se no desempenho de partida/parada das iterações anteriores para prolongar ainda mais a vida útil do equipamento e maximizar a disponibilidade da aplicação em ambientes exigentes. O VSD Altivar 212 oferece máxima facilidade de uso e segurança para integradores de sistemas e usuários finais em sistemas HVAC, economizando energia e melhorando o conforto e o gerenciamento do edifício. Da mesma forma, os VFDs ATV320 oferecem segurança, confiabilidade e simplicidade em fatores de forma compactos para instalação simplificada e uso eficiente do espaço.

Figura 3: Schneider Electric Altivar™ Soft Starter ATS480. (Fonte da imagem: Schneider Electric)

A linha Easy TeSys da Schneider Electric inclui partidas manuais de motor com proteção magnética em 13 vezes o ajuste máximo do mostrador, relés de sobrecarga térmica com conexões de terminal de grampo de parafuso e contatores tripolares que oferecem uma vida útil de aproximadamente um milhão de operações elétricas. Esses dispositivos são projetados para comutar e proteger aplicações comuns de motores. As partidas de motor com comunicação TeSys™ island eliminam a fiação de controle e a E/S do CLP com um único clique no cabo de fita, fornecendo acesso aos dados por meio de protocolos de comunicação industrial.

Os inversores SINAMICS V20 da Siemens, com seu design compacto, robusto e resistente, são ideais para uso em uma variedade de aplicações básicas de acionamento em instalações de processo e fabricação. Além disso, os conjuntos de contatores de reversão da série SIRIUS 3RA23 evitam erros de fiação nos circuitos principal e de controle. Os contatores SIRIUS de controle oferecem opções flexíveis para comutação de cargas elétricas, com opções de mecanismos operacionais convencionais e de estado sólido.

Os inversores de frequência da série MX2 da Omron oferecem controle avançado de motores e máquinas usando a tecnologia VFD para operação precisa, economia de energia e proteção contra falhas. Com seu design e algoritmos avançados, o MX2 oferece controle suave até a velocidade zero e capacidade de controle de torque em malha aberta.

Figura 4: Relé de sobrecarga térmica Schneider Electric TeSys. (Fonte da imagem: Schneider Electric)

Melhorando a sustentabilidade em uma linha de produção automatizada

Para ilustrar o impacto das tecnologias de controle e movimento na sustentabilidade, vamos considerar uma linha de produção automatizada em uma fábrica. Desde o controle preciso das velocidades das esteiras transportadoras e dos motores das máquinas de embalagem até a integração de braços robóticos e a implementação de sistemas de segurança, esses componentes permitem que os fabricantes atinjam suas metas de minimizar o consumo de energia e o desperdício, garantindo a segurança e a confiabilidade das operações:

Sistemas transportadores: na linha de produção automatizada, os sistemas de esteiras transportadoras desempenham um papel fundamental no transporte de materiais e produtos entre os diferentes estágios do processo de fabricação. Ao incorporar o VSD Altivar 212 da Schneider Electric ou o VFD série MX2 da Omron, a velocidade dos motores da esteira pode ser controlada para corresponder à taxa de produção necessária. Ao garantir que a esteira funcione na velocidade ideal, o consumo de energia é menor e há menos desgaste dos componentes mecânicos. Além disso, as chaves de partida como o Altivar™ Soft Starter ATS480 da Schneider Electric proporcionam partida e parada suaves dos motores da esteira, reduzindo o estresse mecânico e aumentando a vida útil do equipamento.

Máquinas de embalagem: as máquinas de embalagem são parte integrante da linha de produção automatizada, responsáveis por embalar, selar e rotular os produtos. Essas máquinas geralmente exigem um controle preciso da velocidade e do torque do motor para garantir um empacotamento consistente e preciso. Ao integrar os VFDs ATV320 da Schneider Electric, os motores das máquinas de embalagem podem ser controlados com alta precisão, melhorando o desempenho geral do sistema e a eficiência energética.

Braços robóticos: os braços robóticos são amplamente utilizados em linhas de produção automatizadas para tarefas como manuseio de materiais, montagem e inspeção de qualidade. Essas ferramentas exigem o controle preciso de vários eixos de movimento para executar suas tarefas com precisão e eficiência. As partidas de motor com comunicação TeSys island da Schneider Electric oferecem controle para motores de braços robóticos. Ao evitar a necessidade de fiação complexa e E/S do CLP, a TeSys island também facilita a instalação mais rápida e a configuração do sistema de controle do braço robótico. A interface digital integrada e a ferramenta de configuração inteligente simplificam o comissionamento e o ajuste, enquanto a capacidade de acessar dados críticos por meio de protocolos de comunicação permite o monitoramento remoto e a manutenção preditiva.

Bombas e ventoinhas: as bombas e ventoinhas são essenciais em vários aspectos de uma linha de produção automatizada, como sistemas de resfriamento, unidades de energia hidráulica e sistemas de ventilação. A otimização do desempenho desses componentes pode reduzir o consumo de energia e garantir o máximo de tempo de operação. Os inversores SINAMICS V20 da Siemens, com seu design compacto e robusto, são adequados para o controle de bombas e ventoinhas em ambientes industriais. Os inversores SINAMICS V20 oferecem várias funções, incluindo controle PID, controle de várias bombas e modos de economia de energia.

Sistemas de segurança: garantir a segurança do pessoal e dos equipamentos é de extrema importância nas instalações de fabricação. Com os conjuntos de contatores com dimensionamento de segurança, as linhas de produção podem atingir um alto nível de segurança, reduzindo o risco de acidentes e o tempo de paralisação. Os conjuntos de contatores de reversão da série SIRIUS 3RA23 da Siemens podem implementar funções de segurança no sistema de controle do motor. Esses conjuntos se integram perfeitamente aos sistemas de segurança funcional de acordo com os padrões internacionais, como IEC 61508 e ISO 13849-1. Os recursos integrados de intertravamento mecânico e elétrico da série 3RA23 também evitam erros de fiação e garantem a operação segura dos circuitos do motor de reversão.

Figura 5: Braços de robôs industriais inteligentes para produção em fábrica digital. (Fonte da imagem: Shutterstock)

Conclusão

As soluções avançadas de controle e movimento são fatores críticos de eficiência e sustentabilidade em uma ampla gama de setores. Ao integrar essas tecnologias às linhas de produção automatizadas, os fabricantes melhoram a eficiência operacional, reduzem o consumo de energia, minimizam o desperdício de material e prolongam a vida útil dos equipamentos. O portfólio de produtos da DigiKey, proveniente de vários fornecedores, permite que engenheiros e projetistas criem sistemas que proporcionam alto desempenho e são ecologicamente corretos. A DigiKey oferece uma plataforma na qual os engenheiros podem explorar, comparar e adquirir os produtos de controle e movimento mais adequados para suas aplicações.