Automaç˜ao de uma Máquina Fresadora Universal - ppgee/ufmg

Automacao de uma MaquinaFresadora Universal

Breno Andrade Castilho

Dissertacao submetida a banca examinadora designada pelo

Colegiado do Programa de Pos-Graduacao em Engenharia

Eletrica da Universidade Federal de Minas Gerais, como

parte dos requisitos necessarios a obtencao do grau de

Mestre em Engenharia Eletrica.

Orientador: Dr. Porfırio Cabaleiro Cortizo

Co-orientador: Dr. Paulo Fernando Seixas

Belo Horizonte, 14 de fevereiro de 2005

Dedicatoria

Dedico este trabalho primeiramente a Deus

bem feitor das oportunidades ımpares que a

vida nos proporciona no dia a dia

Aos meus pais, tios e primos

Aos meus Orientadores

A propria instituicao de ensino e funcionarios

Aos amigos em geral

i

Agradecimentos

• Agradeco a Deus e a todos aqueles que colaboraram para a realizacao deste

trabalho.

• Agradeco aos amigos e colegas do CPDEE.

• Agradeco aos professores da Pos-Graduacao, em especial: Prof. Porfırio,Prof.

Paulo Seixas, Prof.Benjamim, Prof. Severo, Prof. Silvino e Prof. Jose Oswaldo.

• Agradeco aos professores da UFG, em especial: Prof. Enes Marra, Prof. Euler

Bueno, Prof. Antonio Mello e o Prof. Colemar Arruda.

• Agradeco minha mae e familiares.

• Agradecimento em especial a Moacir de Andrade Junior e famılia.

• O mesmo a Vanderlucio L. de Souza e famılia.

• Agradeco aos grandes amigos que sempre torceram para a evolucao desse tra-

balho: Sr. Dalmo, Sra. Maria Salome, Sra. Maria Benedita, Wanderson Souza,

Gentil, Wanir, Antonio Eliseu, Danilo de Paula e Ana Barbosa.

• Agradecimento especial aos esforcos do tecnico em mecanica Jesus M. Francisco

pela manutencao e orientacao na operacao da maquina Fresadora.

• Agradeco a CDTN/CNEN em especial ao Geraldo Antonio Sivrolik Martins.

• Agradeco a CAPES, PPGEE por financiarem esse trabalho.

• Agradeco por agradecer com muito obrigado.

ii

Epıgrafe

“As batalhas, acima de tudo sao feitas de moral. A derrota

e inevitavel assim que a esperanca de conquistar cessa de

existir. O exito nao e daquele que sofreu menos, mas para

aquele cuja vontade e mais firme e a moral mais forte”

Barbara W. Truhman

“De tanto ver triunfar as nulidades, de tanto ver prosperar

a desonra, de tanto ver crescer a injustica, de tanto ver

agigantarem-se os poderes nas maos dos maus, o homem

chega a desamimar da virtude, a rir-se da honra, a ter ver-

ganha de ser honesto”

Rui Barbosa

“Nunca nenhum homem do infinito conhecera plenamente o

amor e a verdade que em si mesmo sao infinitos”

Gandhi

iii

Sumario

Resumo vii

Abstract viii

Lista de Figuras xiii

Lista de Sımbolos xiv

1 Introducao Geral 1

1.1 Introducao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.2 Objetivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.3 Motivacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.4 Estrutura da dissertacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2 Processador Digital de Sinais TMS320F2812 9

2.1 Introducao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.2 Panoramica Funcional do TMS320F2812 . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.3 CPU C28x . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.4 Barramento das Memorias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.5 Barramento dos Perifericos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.6 Perifericos para comunicacao serial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

iv

v

2.7 Oscilador e PLL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.8 Perifericos utilizados no Controle de Motores . . . . . . . . . . . . . . 18

2.9 Modulos do Event Manager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.9.1 General-Purpose(GP) dos Timers . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2.9.2 Geracao dos pulsos PWM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

2.9.3 Circuito de Quadratura dos pulsos para os Encoders . . . . . 23

2.10 Modulo do Conversor Analogico/Digital . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.11 GPIO MUX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

2.12 Especificacoes eletricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

2.13 Conclusoes do capıtulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

3 Projeto das Interfaces dos Circuitos dedicados a Fresadora Universal

FUW250 e a Eletronica de Potencia 31

3.1 Introducao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

3.2 Circuitos choppers aplicados no acionamento dos Motores cc . . . . . 33

3.2.1 Chopper do Motor da Mesa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

3.2.2 Acionamento do Motor do Porta Fresa . . . . . . . . . . . . . 36

3.3 Projeto dos sensores de Corrente e Tensao . . . . . . . . . . . . . . . 37

3.3.1 Sensores de leitura das Correntes das Armaduras dos Motores cc 38

3.3.2 Sensor de leitura da tensao do Barramento cc . . . . . . . . . 42

3.4 Interfaces para leituras dos Sinais Digitais . . . . . . . . . . . . . . . 44

3.4.1 Interfaces de Comandos PWMs e de Controle . . . . . . . . . 44

3.4.2 Interfaces para o Display, Comandos das Embreagens . . . . . 47

3.4.3 Interfaces das Chaves Fins de Curso e Comando do Painel . . 49

3.5 Fonte de Alimentacao para os Circuitos Eletronicos da Fresadora FUW250 52

3.6 Conclusoes do capıtulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

vi

4 Estudo das Malhas de Controle 54

4.1 Introducao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

4.2 Analise das Malhas das Velocidades e das Correntes dos Motores cc . 55

4.2.1 Malha de Velocidade do Motor do Porta Fresa. . . . . . . . . 57

4.2.2 Malha de Corrente do Motor do Porta Fresa. . . . . . . . . . . 61

4.2.3 Malha de Velocidade do Motor da Mesa. . . . . . . . . . . . . 64

4.2.4 Malha de Corrente do Motor da Mesa. . . . . . . . . . . . . . 68

4.3 Conclusoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

5 Conclusoes Finais e Propostas para Continuidade 72

5.1 Conclusoes Finais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

5.2 Propostas para pesquisas futuras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

Referencias Bibliograficas 76

A Fluxograma do Algoritmo Desenvolvido na Linguagem C 77

B Chopper Eletronico de Quatro Quadrantes do Motor da Mesa 79

C Mapa de Memoria do DSP TMS320F2812 81

D Diagramas dos Drivers e Perifericos para o TMS320F2812 83

E Manual Basico de Operacao da Fresadora Universal FUW250 89

Resumo

Este trabalho refere-se a modernizacao de uma maquina Fresadora Universal

FUW250 fabricada pela RUHLA na Alemanha em 1976, a qual encontrava-se em

pleno abandono e totalmente danificada, tanto a eletronica de potencia, acionamen-

tos, comandos quanto a parte mecanica, devido as circunstancias do meio em que

se encontrava na Escola de Engenharia na decada de 80. Por meio dessa maquina,

elaborou-se um projeto aplicado de engenharia utilizando-se o DSP2812 da famılia

2000 da Texas Instruments, o qual faz todo o controle digital dos comandos, aciona-

mento e o controle em malha fechada de corrente e velocidades dos motores C.C.

Desta forma, substituiram todos os comandos obsoletos da maquina como: os co-

mandos eletromecanicos(reles); os conversores tiristorizados, aplicando-se no lugar o

chopper de quatro quadrantes a IGBT, comandados pela tecnica PWM, gerado pelo

proprio DSP. Alem da substituicao das chaves seletoras das velocidades por um display

de cristal lıquido, desta forma todo o painel de comando do operador foi redesenhado

em um novo estilo.

vii

Abstract

This work refers to the modernization of a Universal milling machine FUW250

manufactured by RUHLA in Germany in 1976, which was found in abandoned and

completely damaged, the power electronics, settings, commands, and the mechanics

parts due the circumstances in which it was found in the School of Engineering in the

decade of the 80´s. Using this machine an applied project of engineering was elabo-

rated using the DSP2812 of the Texas Instruments of 2000 family, which makes all the

digital control information of the commands, drives and the control in a closed chain

mesh and cc motor speeds. In this way it substitutes all the obsolete commands of the

machine such as: the electromechanical commands (relays); the thyristors converters

applying in its the place a chopper of four quadrant to the IGBTs, commanded by

the PWM technique, generated by the DSP itself. Besides the substitution of the

selector keys of the speeds for a liquid crystal display, thus all the command panel of

the operator was redesigned.

viii

Lista de Figuras

1.1 Alguns tipos de fresas com modelos mais modernos. . . . . . . . . . . 3

1.2 Aplicacoes das ferramentas fresas em varios tipos de trabalhos de usi-

nagens. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.3 Mandris de varios comprimentos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.4 As partes principais de uma maquina de fresar. . . . . . . . . . . . . 6

2.1 As Plataformas dos DSPs TMS320TM . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.2 Evolucao dos DSPs TMS320TM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.3 Diagrama funcional em blocos do TMS320F2812 . . . . . . . . . . . . 12

2.4 Vista de cima do DSP TMS320F2812 com 176 pinos. . . . . . . . . . 13

2.5 Disposicoes dos pinos do TMS320F2812 aplicado a Fresadora FUW250. 14

2.6 Comunicacao SCI utilizando MAX232. . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.7 Bloco do oscilador e PLL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.8 Ligacao externa do cristal de quartzo no DSP TMS320F2812 . . . . . 17

2.9 Modulos e nomes dos comandos do EVA e EVB. . . . . . . . . . . . . 19

2.10 Distribuicao das configuracoes dos EVA, EVB e dos sinais dos encoders

no TMS320F2812. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.11 Modelo de geracao de um PWM simetrico. . . . . . . . . . . . . . . . 22

2.12 Diagrama em blocos do circuito QEP do modulo EVA. . . . . . . . . 24

2.13 Calculo da velocidade. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

2.14 Conexao via DB25 dos enconders do motor da Mesa e do Motor Porta

Fresa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.15 Diagrama em blocos do modulo ADC aplicado no TMS320F2812. . . 27

2.16 Especificacoes eletricas aplicaveis ao TMS320F2812. . . . . . . . . . . 28

2.17 Fonte de alimentacao 1,8V e 3,3V com regulador TPS767D301 aplicado

ao TMS320F2812. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3.1 Modulos da fonte de alimentacao e choppers. . . . . . . . . . . . . . . 32

ix

x

3.2 Modulo do IGBT SK45 GH 063 e suas configuracoes. . . . . . . . . . 33

3.3 Diagrama em blocos do Semidriver SKHI 20opA da Semikron. . . . . 34

3.4 Chopper do motor da Mesa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

3.5 Modulo do IGBT SKM50 GB 123D e suas configuracoes. . . . . . . . 36

3.6 Diagrama em blocos do Semidriver SKHI23 da SEMIKRON. . . . . . 37

3.7 Vista da montagem com o Chopper do motor Porta Fresa e os modulos

da Semikron. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

3.8 Circuito de leitura da corrente do motor da Mesa. . . . . . . . . . . . 39

3.9 Circuito de leitura da corrente do motor Porta Fresa. . . . . . . . . . 41

3.10 Sensor de leitura da tensao do Barramento cc. . . . . . . . . . . . . . 43

3.11 Estagio final do sensor de tensao do Barramento cc. . . . . . . . . . . 44

3.12 Interface de comandos e controle para as placas da SEMIKRON SHHI23/12

e SKHI10. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

3.13 Modulo do IGBT e sua configuracao aplicado no chopper de Frenagem. 46

3.14 Interface de comandos e controle para o chopper do motor da Mesa. . 47

3.15 Interface do Display e seus comandos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

3.16 Driver de interface dos comandos para as embreagens. . . . . . . . . . 49

3.17 Vista da montagem do circuito de acionamento as embreagens com

MOSFET IRLZ14. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

3.18 Circuito de interface das chaves Fins de Curso e Comandos do Painel

da Fresadora FUW250. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

3.19 Diagrama logico do CI74HC245 e configuracoes. . . . . . . . . . . . . 51

3.20 Painel de comando da Fresadora Universal FUW250. . . . . . . . . . 51

3.21 Fonte de alimentacao chaveada modelo FT 5-15-15/45, saıdas +5V/5A,

+15V/2,3A, -15V/0,5A. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

3.22 Vista externa da Fonte de alimentacao chaveada modelo CH 24-5, saıda

de 24V de 5A. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

4.1 Blocos das malhas de controle dos motores da maquina Fresadora

FUW250. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

4.2 Leitura da Velocidade de Referencia: degrau de 0 para −1000rpm (sen-

tido horario). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

4.3 Leitura da Velocidade de Saıda no Encoder, degrau de partida do motor. 58

4.4 Leitura da Velocidade de Referencia: degrau de −1000rpm pra zero. . 58

4.5 Leitura da Velocidade de Saıda no Encoder, parada do motor. . . . . 59

4.6 Leitura da Velocidade de Referencia: degrau de 0 para 1000rpm. . . . 59

xi

4.7 Leitura da Velocidade de Saıda no Encoder ao ligar o Motor do Porta

Fresa no Sentido Anti-Horario. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

4.8 Leitura da Velocidade de Referencia: degrau de 1000rpm zero. . . . . 60

4.9 Leitura da Velocidade de Saıda no Encoder ao desligar o Motor do

Porta Fresa no Sentido Anti-Horario. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

4.10 Leitura da Corrente de Referencia ao ligar o Motor do Porta Fresa no

Sentido Horario. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

4.11 Leitura da Corrente de Entrada no ADC ao ligar o Motor do Porta

Fresa no Sentido Horario. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

4.12 Leitura da Corrente de Referencia ao desligar o Motor do Porta Fresa

no Sentido Horario. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

4.13 Leitura da Corrente na entrada do ADC ao desligar o Motor do Porta

Fresa no Sentido Horario. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

4.14 Leitura da Corrente de Referencia ao ligar o Motor do Porta Fresa no

Sentido Anti-Horario. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

4.15 Leitura da Corrente do Motor do Porta Fresa ao liga-lo no Sentido

Anti-Horario. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

4.16 Leitura da Corrente de Referencia ao desligar o Motor do Porta Fresa

no Sentido Anti-Horario. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

4.17 Leitura da Corrente no motor ao desligar o Motor do Porta Fresa no


4.18 Leitura da Velocidade de Referencia ao ligar o Motor da Mesa no Sen-

tido Horario. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

4.19 Leitura da Velocidade do motor ao ligar o Motor da Mesa no Sentido

Horario. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

4.20 Leitura da Velocidade de Referencia ao desligar o Motor da Mesa no

Sentido Horario. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

4.21 Leitura da Velocidade do motor ao desligar o Motor da Mesa no Sentido

Horario. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

4.22 Leitura da Velocidade de Referencia ao ligar o Motor da Mesa no Sen-

tido Anti-Horario. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

4.23 Leitura da Velocidade do motor ao ligar o Motor da Mesa no Sentido

Anti-Horario. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

4.24 Leitura da Velocidade de Referencia ao desligar o Motor da Mesa no


xii

4.25 Leitura da Velocidade do motor ao desligar o Motor da Mesa no Sentido

Anti-Horario. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

4.26 Leitura da Corrente de Referencia ao ligar o Motor da Mesa no Sentido

Horario. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

4.27 Leitura da Corrente do motor ao ligar o Motor da Mesa no Sentido

Horario. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

4.28 Leitura da Corrente de Referencia ao desligar o Motor da Mesa no

Sentido Horario. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

4.29 Leitura da Corrente do motor ao desligar o Motor da Mesa no Sentido

Horario. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

4.30 Leitura da Corrente de Referencia ao ligar o Motor da Mesa no Sentido

Anti-Horario. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

4.31 Leitura da Corrente do motor ao ligar o Motor da Mesa no Sentido

Anti-Horario. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

4.32 Leitura da Corrente de Referencia ao desligar o Motor da Mesa no


4.33 Leitura da Corrente do motor ao desligar o Motor da Mesa no Sentido

Anti-Horario. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

A.1 Fluxograma do Programa Desenvolvido em C. . . . . . . . . . . . . . 78

B.1 Esquematico do modulo inversor PCI B2U+B2CI (By SEMIKRON,

2003a). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

C.1 Mapa de Memoria do TMS320F2812 (Texas Instruments, 2003b). . . 82

D.1 Configuracoes no TMS320F2812. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

D.2 Memoria RAM Externa para TMS320F2812. . . . . . . . . . . . . . . 85

D.3 Comandos dos Choopers e Leituras de Correntes e Barramento C.C. . 86

D.4 Drivers de leitura do Painel de Comando e Acionamentos das Em-

breagens. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

D.5 Fonte de alimentacao, Encoders e Display. . . . . . . . . . . . . . . . 88

E.1 Painel de Comandos da Fresadora Universal FUW250. . . . . . . . . 89

E.2 Liga/Desliga o Motor Porta Fresa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

E.3 Liga/Desliga o Motor Porta Fresa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

E.4 Sentido de Rotacao do Motor Porta Fresa. . . . . . . . . . . . . . . . 90

E.5 Travamento do eixo do Motor Porta Fresa. . . . . . . . . . . . . . . . 91

xiii

E.6 Liga/Desliga a luminaria da Mesa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

E.7 Liga/Desliga a Bomba de Oleo Refrigerante a peca em usinagem. . . 91

E.8 Avanco Rapido da Mesa ou do Braco. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

E.9 Modos de Operacao do Motor da Mesa. . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

E.10 Comando no Display Digital das Velocidades do Motor da Mesa e do

Motor do Porta Fresa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

E.11 Vista da Fresadora e seus Acomplamentos Mecanicos nos Tres Eixos. 94

Lista de Sımbolos

FUW250 Modelo da maquina-ferramenta Fresadora Universal;

PWM Pulse Width Modulated ;

DSP Digital Signal Processors;

QEP Quadrature Encoder Pulse;

CAP Capture Units;

GP General Purpose;

EV Event Manager;

ADC Analog to Digital Converter;

A/D Analog/Digital;

I/O Input/Output;

IGBT Insulated Gate Bipolar Transistors;

UPS Fontes Ininterruptas de Energia;

ca Corrente Alternada;

cc Corrente Contınua;

AD Conversao Analogico/Digital;

DA Conversao Digital/Analogico;

PI Controlador Proporcional e Integrador;

CI Circuito Integrado;

xiv

Capıtulo 1

Introducao Geral

“Comece fazendo o que e necessario, depois o que e possıvel, e

de repente voce estara fazendo o impossıvel.”

Sao Francisco de Assis

1.1 Introducao

A maquina proposta nesse trabalho de modernizacao e recuperacao e uma fre-

sadora universal FUW250 fabricada pela RUHLA em 1976 na Alemanha Ocidental.

Em 1969, o primeiro prototipo de uma FUW250 foi exibido em uma feira de molas

em Leipziger. A demanda foi tanta que a fabrica atendeu apenas 50% dos clientes.

Na epoca foi uma das maquinas-ferramentas que revolucionou o processo de usinagem

de pecas gracas a sua robustez e a boa relacao custo-benefıcio.

A modernizacao dessa maquina fresadora veio de um projeto de recuperacao e

modernizacao apos os danos sofridos pelas enchentes do corrego Arruda, ocorridas na

Escola de Engenharia na decada de 80.

Essa maquina teve poucas horas de trabalho com isso a parte mecanica estava

em perfeito estado. Desta forma foi feita apenas uma manutencao e alguns ajustes

mecanicos. Na parte de Acionamento e Controle foi feito um estudo mais elaborado

para evoluir em um novo projeto de modernizacao do Acionamento e do painel de Co-

mando. Houve varios trabalhos anteriores de Iniciacoes Cientıficas na modernizacao

1.1. Introducao 2

da Fresadora mas nunca foram finalizados, talvez pela exigencia de uma dedicacao

exclusiva e dificuldades financeiras para continuacoes das outras etapas.

Hoje este trabalho foi direcionado para o Mestrado justamente por permitir um

tempo de dedicacao maior para o desenvolvimento de estudos e pesquisa, nao pre-

cisando dividir em modulos ou em etapas, sempre buscando a finalizacao do trabalho

com mais objetividade e dinamismo.

No inıcio, o projeto foi elaborado de modo a utilizar o DSP241 da famılia 2000 que

ate recentemente era uns dos mais modernos microcontroladores e microprocessadores

da Texas Instrument dedicados a area de Eletronica de Potencia.

Hoje, a mesma decisao foi tomada em relacao aos DSP´s da famılia 2000 da Texas

Instruments, mas utilizando-se o DSP2812 o que ha de mais moderno dentro dessa

famılia de microprocessadores e microcontroladores, nos tempos atuais. Tambem

foi uma maneira aprimorar os conhecimentos e a evolucao do novo Kit didatico do

DSP2812 que se encontrava no laboratorio.

As maquinas-ferramentas tambem denominadas maquinas operatrizes sao desti-

nadas a realizacao de qualquer trabalho de acabamento mecanico no material,como

por exemplo as prensas, tesouras, martelos, puncoes, tornos, fresadoras, plainas, etc.

Constituem o marco do grau de civilizacao de um paıs. Sem elas, nao seria possıvel

a producao em larga escala dos variados produtos que nosso padrao de vida tem

indicado e aceito para o bem da coletividade. Sao essenciais na confeccao de todos os

produtos para as turbinas gigantes, de instrumentos de aeronautica, etc. O automovel,

o radio a maquina de lavar, os refrigeradores e condicionadores de ar, os instrumentos

cientıficos e uma serie de outras utilidades nao existiriam, hoje, se nao houvesse o

grande progresso da industria de maquinas-ferramentas.

E das maquinas-ferramentas que o engenheiro depende quando projeta um pro-

duto. A capacidade da maquina executar certas operacoes habilita o engenheiro a

adaptar o projeto a essa capacidade e assegurar a rapida e economica producao de

utilidades (Freire, 1976).

O conhecimento das possibilidades de uma maquina e uns dos maiores ativos que

um engenheiro deve possuir em seu cabedal profissional. Ele lhe permitira planejar a

producao, estimar o preco de custo, projetar produtos e equipamentos e planificar as

instalacoes industriais para a producao mais economica.

A maquina de fresar ou fresadora, como geralmente e chamada, e uma maquina

ferramenta de movimento contınuo, destinada a usinagem de materiais, por ferra-

menta de corte chamada fresa.

As fresas sao ferramentas que cortam atraves do fio de seus dentes, quando estao

1.1. Introducao 3

animadas de um movimento de rotacao. Elas sao constituıdas por um corpo de

rotacao na periferia da qual se acham os dentes talhados no proprio material ou

posticos. As fresas de grande diametros podem ter o corpo de aco carbono e os

dentes posticos de aco rapido ou calcados com pastilhas de carboneto. Na figura

1.1 apresenta varios tipos de fresas com os seguintes formatos: cilındricas, conicas,

esfericas ou de combinacoes de formas variadas.

Figura 1.1: Alguns tipos de fresas com modelos mais modernos.

Uma das caracterısticas e vantagens especiais da fresadora em relacao as outras

maquinas ferramentas (ex. torno mecanico) e o fato da ferramenta de trabalho da fre-

sadora ser de fios multiplos e permite a montagem no eixo porta fresas com diferentes

combinacoes, alem de poder realizar uma grande variedade de trabalhos em super-

fıcie situadas em planos paralelos, perpendiculares, ou formando angulos diversos;

construir ranhuras circulares, elıpticas com fresagens em formas esfericas, concavas

e convexas, com rapidez e precisao. A figura 1.2 mostra o emprego das fresas em

variados tipos de trabalhos de fresamento: fazendo rasgo de chaveta meia-cana, em

cauda de andorinha, rasgos em T, abrindo canais, fazendo dentes, sulcos helicoidais,

laminas (Freire, 1986, 1978).

Os eixos porta-Fresas sao acessorios de fresadora utilizados para prender a fresa

e transmitir o movimento que recebem do eixo principal. Esses eixos sao construıdos

de aco-liga, duro(aco cromo-nıquel), tratado termicamente e com acabamento liso e

1.1. Introducao 4

Figura 1.2: Aplicacoes das ferramentas fresas em varios tipos de trabalhos de usinagens.

com alta precisao.

Os porta-fresas sao selecionados segundo o tipo de fresa que se deve montar e o

tipo de trabalho a ser efetuado. Desta forma sao agrupados em tres tipos:

- Eixo, ou mandril, porta-fresas longo

- Eixo, ou mandril, porta-fresas medio

- Eixo, ou mandril, porta-fresas curto

Na figura 1.3 mostra a extremidade de um mandril tendo cone standard e flange

com rasgos para se adaptar as chavetas da arvore e os tipos de mandris.

A fresadora possui as seguintes partes mecanicas: Corpo, Eixo Principal, Mesa,

Carro transversal, Suporte da mesa, Caixa velocidades do eixo principal, Caixa de

velocidades dos avancos.

O corpo e um especie de carcaca de ferro fundido, de base reforcada e geralmente

de forma retangular, por meio da qual a maquina apoia-se ao solo. E a parte que

serve de sustentacao dos demais orgaos da fresadora.

Eixo principal e um dos orgaos essenciais da maquina, uma vez que e o que serve

de suporte a ferramenta e lhe da movimento. Este eixo recebe o movimento atraves

das caixas de embreagens de velocidades.

1.1. Introducao 5

Figura 1.3: Mandris de varios comprimentos.

A mesa e o orgao que serve de sustentacao das pecas que vao ser usinadas, direta-

mente montadas sobre ele, ou atraves de acessorios de fixacao, razao porque a mesa

esta provida de ranhuras destinadas a alojar os parafusos de fixacao.

Carro transversal e uma estrutura de ferro fundido de forma retangular, cuja parte

superior desliza em um plano horizontal. A base inferior esta acoplado ao suporte da

mesa por meio de guias e desliza, por meio de fuso e porca, podendo ser acionada

manualmente, ou automaticamente atraves da caixa de avancos.

O suporte da mesa e a peca que serve de sustentacao da mesa e seus mecanismos

de acionamentos. E uma peca de ferro fundido que desliza verticalmente no corpo da

maquina atraves de guias, por meio de um parafuso telescopio e um porca fixa. O

conjunto pode ser imobilizado atraves de dispositivos de fixacao ou fins de cursos.

Caixa de velocidades do eixo principal consta de um conjunto de engrenagens que

podem ser acopladas por um sistema de embreagens eletromagneticas que permite

fazer a troca de faixas de velocidades. Geralmente encontra-se alojada internamente

na parte superior do corpo da maquina. Possui duas velocidades a alta e a baixa as

quais serao acionadas de acordo com o trabalho a ser executado pelo porta-fresa.

Caixa de velocidades dos avancos e um sistema analogo ao anterior, situado no

interior do corpo da fresadora. Possui um sistema de embreagens para a mudanca

da faixa de velocidade de avanco. Atraves de um eixo extensıvel com articulacao

”cardan” faz-se o acoplamento do mecanismo com o fuso da mesa ou do suporte da

mesa (Leipzig, 1976; Ewing e Dulay, 1947). A figura 1.4 mostra as partes mecanicas

citadas anteriormente com alguns detalhes.

1.1. Introducao 6

Figura 1.4: As partes principais de uma maquina de fresar.

A classificacao das fresadoras vao de acordo com a orientacao do eixo principal

com respeito a superfıcie da mesa, desta forma tem-se as seguintes denominacoes:

Fresadora horizontal se o eixo principal esta orientado paralelamente a superfıcie

da mesa.

Fresadora vertical se o eixo principal esta orientado perpendicularmente a super-

fıcie da mesa.

Fresadora mista quando, auxiliando-se com acessorios ou ferramentas que acoplam

no porta fresa, o eixo principal pode orientar-se nas duas posicoes: vertical ou

horizontal.

Fresadoras Especiais existe uma grande variedade de tipos especiais de fresadoras,

como: fresadoras copiadoras, cortadoras de rodas dentadas, de mesa rotativa,

tipo planetaria, skin-millers, de mesa longa estacionaria, excentricas, de ranhu-

ras.

Fresadora Universal e em princıpio uma fresadora horizontal, porem, alem disso,

esta provida de outros mecanismos e acessorios especiais que lhe permitem am-

1.2. Objetivo 7

pliar consideravelmente suas possibilidades de trabalho. Um deles e o cabecote

universal de dupla articulacao que lhe permite a inclinacao do eixo porta-fresa

ou mandril porta-fresa, formando qualquer angulo com a superfıcie da mesa e

a mesa pode girar em um plano horizontal ate um angulo de 45 em ambos os

sentidos.

A fresadora universal e a maquina mais generalizada nas oficinas mecanicas porque

possui uma serie de acessorios que lhe permitem realizar as mais variadas operacoes

de usinagem. Esses acessorios sao: cabecote universal, eixos porta fresas, cabecote

divisor e contraponta, mesa circular divisora, divisor linear, aparelho contornador,

cabecote especial para fresar cremalheiras e mesa inclinavel. Desta forma, a fre-

sadora universal pode efetuar cortes retos e helicoidais alem de todas as operacoes

comuns de aplainar, produzir sulcos e entalhes. E apropriada para usinar corpos

helicoidais(inclusive filetes, engrenagens e parafusos sem fim) sendo, portanto, geral-

mente, usadas em oficinas de ferramentas.

1.2 Objetivo

O objetivo principal desse trabalho e colocar em operacao a maquina fresadora

universal FUW250, recuperarando todas as funcoes operacionais da maquina, per-

mitindo uma modernizacao do sistema de monitoramento dos sensores, comandos,

controle e do acionamento das maquinas eletricas.

1.3 Motivacao

A motivacao principal e a aplicacao direta da engenharia em um trabalho pratico

e exequıvel, utilizando-se os conceitos e teorias desenvolvidas no curso de Engenha-

ria Eletrica. Alem de aplicar-se estudos mais elaborados atraves da pesquisa dando

um desenvolvimento mais dinamico e avancado no aprimoramento desse trabalho.

Considera-se assim uma lapidacao e uma evolucao do proprio curso de Engenharia

Eletrica atraves de uma Pos-Graduacao mais aplicada.

Outra motivacao e a recuperacao de uma maquina-ferramenta obsoleta em termos

de comandos, controle e acionamento. Utilizando-se o que ha mais de moderno em

tecnologia de microcontroladores e microprocessadores que sao os DSPs.

1.4. Estrutura da dissertacao 8

1.4 Estrutura da dissertacao

Esta dissertacao esta organizada em cinco capıtulos da seguinte forma:

No Capıtulo 1, foi apresentado um historico das maquinas-ferramentas especi-

ficamente da maquina fresadora, alem de salientar os campos de aplicacoes, suas

ferramentas e a diversidade de trabalhos que a fresadora universal pode executar

comparadas com as outras famılias de fresas. Mostrou-se o objetivo principal desse

trabalho, as metas e o que levou a motivacao no desenvolvimento na modernizacao

da fresadora Universal FUW250.

No Capıtulo 2, aborda a estrutura do DSP2812 aplicado na automacao da maquina

fresadora universal. Apresentar as configuracoes das I/Os, barramentos de dados e

enderecos, suas vantagens e desvantagens em relacao aos outros DSPs da famılia.

Mostrar os modulos especıficos das funcoes como: a geracao dos PWMs, os ADCs,

leituras dos Encoders e Registradores.

O Capıtulo 3 apresenta os circuitos eletronicos das interfaces entre o DSP2812 e

a maquina e os circuitos eletricos de maior potencia. As disposicoes das interfaces

com os perifericos da maquina fresadora as quais monitoram as leituras dos ADCs,

Encoder´s e dos sensores mecanicos, comandos das embreagens, frenagem, display e

painel de comandos.

O Capıtulo 4 descreve o controle do sistema, analisando as malhas de controle

de velocidade e de corrente dos motores da Mesa e do Porta Fresa e apresentada os

resultados experimentais.

Finalmente, no Capıtulo 5, as conclusoes finais sao apresentadas. Tambem mostramos

as propostas futuras de pesquisas que poderao aprimorar a aplicacao do DSP com a

maquina Fresadora.

Capıtulo 2

Processador Digital de Sinais

TMS320F2812

2.1 Introducao

Na decada de 80, a Texas Instruments lancou no mercado os primeiros proces-

sadores digitais de sinais(DSPs). Na epoca, os DSP´s revolucionaram o mundo dos

processadores e dominaram o mercado de aplicacoes de processamento em tempo real.

Posteriormente, outros fabricantes lancaram outras versoes de DSPs.

A versatilidade da famılia TMS320TM dos DSPs permite a utilizacao dos mes-

mos em varios aplicacoes de processamentos digitais, com processadores especıficos

para cada tipo de aplicacao. A figura 2.1 mostra a evolucao das famılias dos DSP’s

TMS320TM (Texas Instruments, 2004a).

Existem tres tipos de arquiteturas distintas as quais sao compatıveis com o mesmo

codigo, as plataformas sao classificadas da seguinte forma:

Plataforma TMS320C6000 Esta plataforma possui um alto desempenho com boa

relacao custo benefıcio para aplicacoes industriais e o clock de processamento

chega ate 1GHz. As aplicacoes vao desde audio a processamentos de imagens.

Essa plataforma consiste nos TMS320C67x, TMS320C64x e o TMS 320C62x

onde o primeiro opera em ponto flutuante e os dois ultimos em ponto fixo.

2.1. Introducao 10

Plataforma TMS320C5000 Esta plataforma se caracteriza pelo baixo consumo de

energia que pode ser tao baixo quanto a 0.33mA/MHz. Essa linha e otimizada e

personalizada de acordo com a area de aplicacao. Os TMS320C55x e TMS320C

54x sao aplicados em CDs players, GPS, em equipamentos medicos, telefones

celulares e cameras digitais.

Plataforma TMS320C2000 Esta plataforma e dedicada ao controle digital de plan-

tas industriais e automativas que exigem um controle otimizado e robusto. Esta

plataforma possui uma alta integracao nos circuitos onde o controle de proces-

samento e em um unico bloco alem de ter um conjunto com uma forte ferra-

menta computacional. O TMS320C24x e a geracao de DSPs com princıpios

que levaram o desenvolvimento das outras diversas topologias dessa famılia. O

TMS320C28x e a geracao com alto desempenho e precisao, aplicada em controle

digital com um clock de processamento de ate 150MHz.

Figura 2.1: As Plataformas dos DSPs TMS320TM .

Em seguida vamos apresentar a evolucao dos DSPs da plataforma C2000 e que

foram cogitados na aplicacao da automacao da maquina-ferramenta Fresadora Uni-

versal FUW250.

No inıcio desse projeto optou-se em trabalhar com o TMS320F241 que era o mais

moderno da famılia 2000 e que apresentava as seguintes caracterısticas: Tecnologia

CMOS de alta desempenho, um clock de processamento de 20MHz, 544 Words x

16Bits de memoria RAM de Programa/Dados, 8K Words x 16Bits de memoria Flash

EEPROM, oito canais de PWM, tres unidades de capture(enconder), oito canais

analogicos multiplexados com ADC de 10 bits, tres unidades de geracao de tempo

2.1. Introducao 11

morto para PWM, dois timers de 16-Bits para o PWM, vinte e seis ports I/Os ou ports

programaveis, mas nao possui interface para expansao de memoria externa. A progra-

macao e feita em Assembler utilizando-se o Compilador da Texas Instruments ANSI

C/Assembler/Linker o Compilador da Texas Instruments ANSI C/Assembler/Linker

e o Code Composer Studio Debugger.

O DSP TMS320F2407 substituiu toda a linha do TMS320F24x. Esse contro-

lador possui a seguinte configuracao: Clock de 20-40MHz, 2.5K Words x 16 Bits

memoria RAM Programa/Dados, 32K Words x 16 Bits de memoria Flash EEPROM,

192K Words x 16 Bits de interface para memoria externa, memoria de Boot de 256

Words, dezesseis canais de PWM, possui seis unidades de capture(enconder), dezes-

seis canais de entrada multiplexadores com ADC de 10 bits, tres unidades de geracao

de tempo morto, quatro timers de 16-Bit para o PWM, quarenta ports I/Os ou ports

programaveis, SCI, SPI. A programacao e feita em Assembler utilizando-se o Com-

pilador da Texas Instruments ANSI C/Assembler/Linker e o Code Composer Studio

Debugger.

Hoje, utiliza-se o DSP TMS320F2812, no desenvolvimento do controle da Fre-

sadora, o que ha de mais moderno dentro da familia C2000. A figura 2.2 mostra a

evolucao dos DSPs dentro da famılia C2000 no mercado (Texas Instruments, 2004b).

Figura 2.2: Evolucao dos DSPs TMS320TM .

O TMS320F2812 apresenta as seguintes caracterısticas na sua estrutura: Clock de

150MHz, 18K Words x 32 Bits memoria RAM Programa/Dados, 128K Words x 16

Bits de memoria Flash EEPROM, ate 1M Words x 16 Bits de expansao para memoria

2.2. Panoramica Funcional do TMS320F2812 12

externa, memoria de Boot de 4K x 16, dezesseis canais de PWM, seis unidades de

capture(encoder), dezesseis canais de entrada multiplexados com ADC de 12Bits, tres

unidades de comparacao de geracao de tempo morto, quatro timers de 32-Bit para o

PWM, cinquenta e seis ports I/Os ou ports programaveis, tres interrupcoes externas,

SCI, SPI. A programacao e feita em C/C++ e Assembler utilizando-se o Compilador

da Texas Instruments ANSI C/C++/Assembler/Linker e o Code Composer Studio

Debugger.

Em seguida sera apresentado o estudo aplicado e baseado na topologia do TMS320F

2812 para a aplicar na maquina-ferramenta Fresadora.

2.2 Panoramica Funcional do TMS320F2812

A figura 2.3 mostra o diagrama funcional do DSP TMS320F2812 com os barra-

mentos, timers e interfaces que compoem o DSP (Texas Instruments, 2003b).

Figura 2.3: Diagrama funcional em blocos do TMS320F2812

2.3. CPU C28x 13

Na automatizacao da maquina Fresadora foi utilizado o DSP TMS320F2812 com

176 pinos, encapsulamento PGF LQFP. As pinagens vistas de cima sao mostradas na

figura 2.4 (Texas Instruments, 2003b).

Figura 2.4: Vista de cima do DSP TMS320F2812 com 176 pinos.

2.3 CPU C28x

O C28xTM e o que ha mais de moderno dentro da plataforma TMS320C2000

e compatıvel com a fonte de codigo do DSP 24x/240x. A plataforma C28xTM e

2.4. Barramento das Memorias 14

muito mais eficiente na utilizacao da linguagem C/C++, possibilitando desenvolver

os sistemas de controle em linguagem de alto nıvel.

Foi elaborado o projeto de controle da maquina Fresadora FUW250, utilizando

o DSP TMS320F2812 com encapsulamento PGF. A figura 2.5 mostra as ligacoes do

TMS320F2812 na placa da CPU de controle da Fresadora.

XZCS6AND7

XRD

XWE

+1.8V

BLM2

InductorC12

1uF

C14

0.1uF

C16

0.001uF

C18

10uF

C19

10uF

R39

24.9K

+3.3V

BLM1

Inductor

C11

1uF

C13

0.1uF

C17

0.001uF

C15

0.1uF

+1.8V+3.3V

12

Y1

XTAL

C70

24pF

C71

24pF

1 2

3 4

5 6

7 8

9 10

11 12

13 14

JP7

XDS510

+5V

R37

10K

R38

10K

+3.3V

+3.3V

IMM

IMPF

BCC

BCCEXT

ADCINA0174

ADCINA1173

ADCINA2172

ADCINA3171

ADCINA4170

ADCINA5169

ADCINA6168

ADCINA7167

SCIRXDA157

SCITXDA155

XRS160

VDD3VFL69

PWM745

PWM846

PWM947

PWM1048

PWM1149

PWM1250

PWM192

PWM394

T3CTRIP-PDPINTB79

T1PWM_T1CMP102

T2PWM_T2CMP104

T1CTRIP-PDPINTA110

X2

76

T3PWM_T3CMP53

T4PWM_T4CMP55

C4TRIP61

C5TRIP62

C6TRIP63

MCLKXA28

MFSRA29

SPICLKA34

SPISTEA35

SPISIMOA40

SPISOMIA41

TDIRB71

TCLKINB72

CAP4_QEP357

CAP5_QEP459

CAP6_QEPI260

CAP1_QEP1106

CAP2_QEP2107

CAP3_QEPI1109

XZCS0AND144

AD

CIN

B0

2

AD

CIN

B1

3

AD

CIN

B2

4

AD

CIN

B3

5

AD

CIN

B4

6

AD

CIN

B5

7

AD

CIN

B6

8

AD

CIN

B7

9

MC

LKRA

25

VD

D1

16

2

AD

CREF

M1

0

AD

CREF

P1

1

AVSS

REF

BG

12

AD

CRES

EXT

16

AD

CBG

REF

IN1

64

VD

DA

11

4

AVD

DREF

BG

13

VD

DA

21

66

VD

DA

IO1

VD

DIO

31

VD

DIO

64

VD

DIO

81

VD

DIO

11

4

VD

DIO

14

5

VD

D2

3

VD

D3

7

VD

D5

6

VD

D7

5

VD

D1

00

VD

D1

12

VD

D1

28

VD

D1

43

VD

D1

54

VSS

A1

15

VSS

11

63

VSS

A2

16

5

VSS

AIO

17

6

VSS38

VSS32

VSS19

VSS

15

3

VSS

14

2

VSS

12

9

VSS

12

0

VSS

11

3

VSS

10

5

VSS

99

VSS86

VSS78

VSS70

VSS58

VSS52

XWE84

XRD42

XZCS6AND7133

XD15147

XD14139

XD1397

XD1296

XD1174

XD1073

XD968

XD865

XD754

XD639

XD536

XD433

XD330

XD227

XD124

XD021

XA18158

XA17156

XA16152

XA15148

XA13141

XA11132

XA10130

XA9125

XA8121

XA7118

XA6111

XA5108

XA4103

XA385

XA280

XA143

XA018

TMS

12

6TD

O1

27

TDI

13

1TR

ST1

35

TCK

13

6EM

U0

13

7EM

U1

14

6

XREA

DY

16

1

XIN

T2_A

DC

SOC

15

1X

NM

I_X

INT1

31

50

XIN

T1_X

BIO

14

9X

F_X

PLLD

IS1

40

TEST

SEL

13

4C

3TR

IP1

24

C2

TRIP

12

3C

1TR

IP1

22

XC

LKO

UT

11

9TC

LKIN

A1

17

TDIR

A1

16

T2C

TRIP

_EVA

SOC

11

5PW

M6

10

1PW

M5

98

PWM

49

5PW

M2

93

SCIR

XD

B9

1SC

ITX

DB

90

CA

NRX

A8

9X

ZCS2

88

CA

NTX

A8

7T4

CTR

IP/E

VBSO

C8

3X

HO

LDA

82

TEST

16

7TE

ST2

66

MFS

XA

26

MD

XA

22

MD

RA

20

XPM

/MC

17

XR/W

51

XH

OLD

15

9

AD

CLO

17

5

XA12138

XA14144

X1

/XC

LKIN

77

TMS320F2812

176 Pin PGF LQFP

U9

DSP2812

C1PWM

C2PWM

C3PWM

C4PWM

C5PWM

C2

C1

ERRO

RSO

LIGA

ERR

SERIALRX

SERIALTX

ECAPF

ECBPF

ECOPF

ECAMS

ECBMS

ECOMS

DB7

DB6

DB5

DB4

DB3

DB2

DB1

DB0

E

R/W

RS

ENTER

SELECT

LIGAORA

XRS

+3.3V

XZCS0AND1

EMBRE1

EMBRE2

EMBRE3

EMBRE4

EMBREAGENS

LEITURA DO BARRAMENTO C.C

e CORRENTES NOS MOTORES

RSS232

CONTR. DA FONTE 1.8V e 3.3V

PWM´s e COMANDOS - SEMIKRON

PWM´s e COMANDOS - PLACA DIGITAL - CHOOPER

BARRAMENTOS DE DADOS

PAINEL DIGITAL

COMANDOS DO

ENCODERS MMS e MPF

CONTROLE DO BARRAMENTO

PAINEL

CONTROLE DA

SRAM

BARRAMENTOS DE

DADOS

BARRAMENTO DE

ENDEREÇOS

R36

1K

+3.3V

1 2

JP6

RES

ET

RESET SKHI10FRENAGEM

SKHI23 e SKHI10

ADDR

XA[0..17]

DATA

XD[0..15]

XD0

XD1

XD2

XD3

XD4

XD5

XD6

XD7

XD8

XD9

XD10

XD11

XD12

XD13

XD14

XD15

XA0

XA1

XA2

XA3

XA4

XA5

XA6

XA7

XA8

XA9

XA10

XA11

XA12

XA13

XA14

XA15

XA16

XA17

VDD3VFL

Port1

_I/O

Port2

_I/O

Port3

_I/O

PORT´s I/O´s EXTRAS

Figura 2.5: Disposicoes dos pinos do TMS320F2812 aplicado a Fresadora FUW250.

2.4 Barramento das Memorias

Ha varios tipos de dispositivos no DSP, os barramentos multiplos sao utiliza-

dos para mover dados entre as memorias, os perifericos e a CPU. A arquitetura de

barramento de memoria do C28xTM contem o barramento de leitura de programa,

barramento de leitura de dados e o barramento de escrita de dados.

O barramento de leitura de programa consiste 22 bits de endereco e 32 bits para

dados. Na leitura de dados e de escrita existem 32bits para endereco e 32 bits para

2.5. Barramento dos Perifericos 15

dados para cada tipo de barramento. De forma generalizada, a prioridade de acesso

ao barramento de memoria pode ser organizado da seguinte forma: escrita de dados,

escrita de programas, leitura de dados e a leitura de programas respectivamente.

2.5 Barramento dos Perifericos

No barramento do perifericos duas versoes sao suportadas pelo TMS320F2812. A

primeira versao possui um acesso de 16bits chamado de periferico frame 2 que possui

uma compatibilidade com os perifericos do C240x. A outra versao suporta ambos, 16

bits e 32 bits de acesso e e chamado frame1.

Os perifericos do TMS320F2812 podem ser citados em seguintes pacotes:

- Tres timers de 32 bits para a CPU(TIMER0/1/2);

- Dois modulos de event-manager(EVA, EVB)

- Modulos dos conversores analogico para digital(ADC) de 12 bits;

- Modulo controlador do network (eCAN);

- Modulo de protecao do port serial - multicanais (McBSP);

- Modulos das interfaces de comunicacoes seriais (SCI-A/B);

- Modulo da interface serial de perifericos (SPI);

- Compartilhamento dos pinos em funcoes e I/Os.

2.6 Perifericos para comunicacao serial

O TMS320F2812 possui cinco modulos de perifericos de comunicacao de dados

que sao: eCAN, McBSP, SPI, SCI.

Neste trabalho foi desenvolvido apenas o modulo SCI que e uma interface de

comunicacao serial assıncrona conhecida como UART. Este modulo faz a comunicacao

entre a CPU e qualquer outro periferico assıncrono que utiliza o formato padrao

NRZ(non-return-to-zero). A transmissao e a recepcao dos dados no SCI podem ser

independentes ou simultaneas na estrutura full-duplex.

A figura 2.6 mostra o circuito de comunicacao entre a porta serial RS232 e o

DSP TMS320F2812 utilizando o MAX232. O MAX232 e um dual driver/receive

2.7. Oscilador e PLL 16

EIA-232 que faz a conversao dos nıveis de entrada EIA232 para nıveis compatıveis

TTL/CMOS.

Figura 2.6: Comunicacao SCI utilizando MAX232.

2.7 Oscilador e PLL

O clock no DPS2812 pode ser gerado atraves de um cristal ou de um oscilador.

O PLL e um modulo interligado ao clock que pode estar habilitado, em bypass ou

desabilitado, cada um possuindo uma caracterıstica especıfica na geracao do clock. A

figura 2.7 mostra o bloco do oscilador e do PLL (Texas Instruments, 2002c).

Quando o PLL esta desabilitado, o clock e o proprio XCLKIN gerado pelo cristal.

No PLL em bypass, o clock interno sera CLKIN=OSCCLK/2. Se o PLL e habilitado

o clock sera CLKIN=OSCCLK*n/2 e desta forma o PLL tera um fator multiplicador

que faz com que o CLKIN possa chegar a um valor de ate cinco vezes o valor da

frequencia do cristal (Texas Instruments, 2003b, 2002c).

No nosso projeto utilizou-se um cristal de quartzo de 30MHz. A figura 2.8 mostra

a ligacao do cristal externo com C70 = C71 = 24pF feito na placa mae da Fresadora

FUW250 com o DSP TMS320F2812.

Foi configurado no registrador(PLLCR) para que o clock interno(CLKIN ) seja

cinco vezes a frequencia do cristal, desta forma fez-se CLKIN=(OSCCLK*10)/2

gerando um clock interno de 150MHz.

2.7. Oscilador e PLL 17

Figura 2.7: Bloco do oscilador e PLL.

Figura 2.8: Ligacao externa do cristal de quartzo no DSP TMS320F2812

2.8. Perifericos utilizados no Controle de Motores 18

2.8 Perifericos utilizados no Controle de Motores

O TMS320F2812 possui dois modulos que sao essenciais no controle e comunicacao

do DSP para o acionamento de motores. Esses perifericos sao os modulos dos Events

Managers e os blocos ADCs.

O modulo Event Manager finaliza o timer de operacao, faz as comparacoes com os

timer´s para gerar os PWM´s, faz a capturas de sinais de entradas(CAPs) e possui

os circuitos de quadraturas para os encoder´s(QEPs).

Os Event Managers possibilitam acionar dois motores trifasicos ou tres motores

bifasicos. Na automacao da fresadora FUW250 estao sendo acionados dois motores cc

com timers diferentes utilizando PWMs de tres nıveis. Cada motor tem um encoder

para medicao da leitura de posicao e velocidade. Nesse trabalho esta sendo utilizado

apenas a velocidade como referencia em uma das malhas fechadas. Nao foi utilizada

a leitura de posicao como referencia devido as limitacoes mecanicas apresentadas nos

acoplamentos mecanicos em cada eixo.

O bloco ADC e um conversor de 12 bits com dezesseis canais que contem duas

unidades sample-and-hold para fazer discretizacoes simultanea dos sinais analogicos.

Nesse trabalho estao sendo utilizados os quatros primeiros canais ADCs que fazem a

leitura das correntes e tensoes de cada motor.

2.9 Modulos do Event Manager

Os modulos Event Managers EVA e EVB sao identicos em termos de funciona-

lidade desde os timers ate as unidades dos CAPs a unica diferenca sendo os nomes

de cada unidade e os enderecos dos registradores. O EVA iniciam seus registradores

no endereco 7400h enquanto o EVB iniciam no endereco 7500h. A figura 2.9 repre-

senta as nomeclatura de cada modulo e caracteriza as suas funcionalidades (Texas

Instruments, 2002a).

Neste projeto foi feito um estudo dos port´s de acordo com a descricao apresenta

na figura 2.9. Os sinais de PWMs, encoders foram direcionados para cada motor cc.

Os PWMs 7/8/9/10/11 geram os comandos para as placas da SEMIKRON SKHI−23

e SKHI−10 que geram os comandos para o chopper do motor porta fresa e o chopper

de frenagem dos motores, respectivamente. Os PWMs 1/3 geram os comandos para

o motor da mesa.

2.9. Modulos do Event Manager 19

Figura 2.9: Modulos e nomes dos comandos do EVA e EVB.

No modulo dos encoders foram selecionados os CAPs 4/5/6 para fazer a leitura

dos sinais A/B/O respectivamente do encoder do motor da mesa. De forma analoga

para o motor porta fresa, selecionou-se os CAPs 1/2/3 para fazer a leitura dos sinais

A/B/O respectivamente. A figura 2.10 mostra a distribuicao dessas configuracoes no

TMS320F2812.

A frequencia de amostragem escolhida foi de 1KHz. O motivo para a escolha desta

frequencia de amostragem foi para limitar a frequencia da forma de onda da tensao

sobre a armadura dos motores cc.

Os PWMs que geram as tensoes nos motores sao de tres nıveis originando uma

tensao media sobre as armaduras dos motores cc que tem uma componente de fre-

quencia multipla de duas vezes a frequencia de chaveamento. Esta frequencia provoca

perdas por histerese e correntes parasitas de Foucault na maquina cc, razao pela qual

limitou-se a frequencia de amostragem. Com a utilizacao da frequencia em 1kHz,

possibilitou a elaboracao do programa de controle em linguagem C com os calculos

em ponto flutuante. O perıodo de amostragem de 1ms para execucao de todo o al-

goritmo e leituras, e um tempo suficiente, nao necessitando desta forma a otimizacao

dos calculos atraves das bases Qn, aplicando as ferramentas IQmath. As bases Qn

sao as bases que fazem operacoes em ponto fixo onde o parametro n varia de 1 a

30, escolhendo-se assim a base a ser trabalhada. Desta forma utiliza-se a ferramenta

IQmath na otimizacao dos calculos em ponto fixo.


A atualizacao das leituras dos ADCs, encoders, chaves fim de curso, painel digital,

outros ports I/Os, PWM e algoritmo de controle da velocidade dos motores e da

corrente nos mesmos e feita na interrupcao gerada pela CPU a cada 1kHz (Texas

Instruments, 2002a,b).

As configuracoes de todos os registradores do DSP TMS320F2812, desde os pacotes

dos Events Managers, ADCs ate os ports I/Os, foram feitas na estrutura principal do

algoritmo no main(). O apendice A mostra o fluxograma do algoritmo desenvolvido

na Linguagem C.

Figura 2.10: Distribuicao das configuracoes dos EVA, EVB e dos sinais dos encoders noTMS320F2812.


2.9.1 General-Purpose(GP) dos Timers

Para cada Event Manager existem dois timers GPs. Desta forma o timer GP x

onde x = 1 ou x = 2 para o EVA e para o EVB sao representados por x = 3 ou x = 4.

Os timers GPs possuem os seguintes pacotes:

- O contador de timer de 16 bits(TxCNT ) possui os seguintes modos de opera-

cao: modo Stop/Hold, modo contagem-Up contınuo, modo contagem-Up/Down

Direcional, modo contagem-Up/Down contınuo;

- O comparador de timer de 16 bits, registrador(TxCMPR) podendo fazer leitura

ou escrita;

- O perıodo de timer de 16 bits, registrador(TxPR) faz-se leitura ou escrita;

- O controle de timer de 16 bits, registrador(TxCON ) de leitura ou escrita.

Os timers GPs podem ser manipulados de formas independentes ou sincronizados

entre si. O registrador comparador associado a cada timer(x) GP pode ser utilizados

para gerar os PWMs, funcoes de comparacoes, trabalhar com as unidades de capitura

e operacoes de pulso de quadratura (encoders).

A programacao do prescaler pode ser feita em funcao do clock externo ou interno.

A logica de controle e de interrupcao possui quatro tipos de mascaras: underflow,

overflow, comparador de timer e interrupcao por perıodo.

Foram feitas as seguintes configuracoes no timer GPs no Event Maneger: Na

estrutura do EVA, escolheu-se o controle de timer T1CON para gerar os PWM1/2 e

iniciar os ADCs. O controle de timer T2CON para gerar a base de tempo para os

pulsos de quadratura do encoder do motor da mesa.

Na estrutura do EVB de forma analoga ao EVA, o controle de timer T3CON para

gerar os comandos de PWM7/8/9/10 e o T4CON gerando a base de tempo para os

pulsos de quadratura do encoder do motor porta fresa.

A frequencia do sistema(SY STEM−FREQUENCY ) e 150MHz e a frequencia

de amostragem(SAM−PFREQUENCY ) e de 1kHz, com isso o perıodo de timer

T1PR e T3PR foram calculados atraves das equacoes(2.1) e (2.2).

freq−prescaler =SY STEM−FREQUENCY

2(2.1)

T1PR =freq−prescaler

2.SAM−PFREQUENCY(2.2)


Fez-se T1PR = T3PR, obtendo-se desta forma o valor de 37500.

2.9.2 Geracao dos pulsos PWM

Cada timer GP pode ser utilizado para gerar as saıdas PWMs de forma indepen-

dentes. Para ajustar os timers para operar em PWMs configura-se os registradores

TxPR, TxCON , TxCMPR de acordo com o pacote de PWM a ser implementado.

No desenvolvimento do trabalho de automatizacao da Fresadora Universal FUW

250, optou-se pelo modo contagem-Up/Down contınua como contador de timer para

implementar os PWMs de tres nıveis. A figura 2.11 mostra um esboco de PWM

simetrico de tres nıveis que e utilizado para gerar os pulsos C1 e C2, nao comple-

mentares, para o chopper do Motor da Mesa (Texas Instruments, 2002a). A propria

placa do chopper possui um modulo digital que faz os complementares C1 e C2 e

gera o tempo morto (deadtime) entre os pulsos, com isso esses parametros foram

desabilitados no DSP.

As expressoes (2.3) e (2.4) representam os valores de CMPR1 e CMPR2 que

geram os pulsos do PWM. O valor de valoru, nas equacoes (2.5) e (2.6), provem da

malha de controle da corrente e e o valor normalizado da tensao a ser aplicada na

maquina.

CMPR1 = T1PR − τ1.T1PR (2.3)

CMPR2 = T1PR − τ2.T1PR (2.4)

Figura 2.11: Modelo de geracao de um PWM simetrico.


As expressoes (2.5) e (2.6) representam os τ ′

s normalizados, seus valores variam de

-1 a 1.

τ1 = 0, 5 − 0, 5.valoru (2.5)

τ2 = 0, 5 + 0, 5.valoru (2.6)

Para o PWM simetrico, a frequencia de amostragem e igual a frequencia de chavea-

mento. A rotina de interrupcao e executada a cada 1ms. Configurou-se o registrador

controle de timer T1CON para iniciar a contagem em zero a cada chamada de in-

terrupcao do programa principal. Desta forma o T1CON iniciara com o modo up-

continuous ate chegar no valor de T1PR = 37500 e em seguida o contador passa ao

modo down-continuous.

Em todo instante no modo contagem-Up/Down continua, os valores dos compara-

dores de timers CMPR1 e CMPR2 serao comparados com o registrador de controle

de timer T1CON , quando estas forem iguais, sao gerados os pulsos, ativo em alto, C1

ou C2.

De forma analoga foi desenvolvido o PWM de tres nıveis para o chopper do mo-

tor Porta Fresa, utilizando os seguintes registradores: T3CON , T3PR, CMPR4 e

CMPR5. O registrador controle de timer T3CON foi configurado com os mesmos

paramentos do T1CON . Os modulos do EVA e EVB atuaram de forma independentes

mas estao todos inicializados com a mesma interrupcao do programa principal.

Nas placas da SEMIKRON SKHI−23 precisa-se entrar com os pulsos comple-

mentares C8 e C10 que serao gerados pelo proprio DSP juntamente com os pulsos

C7 e C9 respectivamente atraves das saıdas PWM7/8 e PWM 9/10. O tempo morto

(deadtime) e desabilitado no DSP ao gerar o PWM, a propria placa da SEMIKRON

gera esse tempo ao manipular os pulsos de PWM.

2.9.3 Circuito de Quadratura dos pulsos para os Encoders

Cada modulo do Event Manager possui um circuito de pulsos de quadratura para

o encoder(QEP). O circuito do QEP faz a codificacao e contagem dos sinais gerados

pelos encoders. Esse circuito e uma interface que e ligada diretamente ao encoder

podendo codificar a posicao e a velocidade do motor. O pinos de entrada CAP1/QEP1

e CAP2/QEP2 fazem parte do modulo EVA e os pinos CAP4/QEP3 e CAP5/QEP4

do modulo EVB.

A figura 2.12 mostra um diagrama em bloco de um circuito QEP de um modulo

EVA que em termos funcionais e identico ao modulo EVB (Texas Instruments, 2002a).


Esse circuito apresenta duas entradas para QEP compartilhadas com as unidades de

capture(CAP) as quais sao configuradas atraves do registrador CAPCONx do Event

Manager.

A base de tempo para o circuito QEP e o timer2 do GP no modulo EVA que e o

T2CON e para o modulo EVB e o timer4 do GP que e o T4CON . O registrador con-

trolador de timer(T2CON ou T4CON) sera configurado no modo contagem-Up/Down

Direcional. Neste modo de operacao se o motor girar no sentido horario, o contador

funcionara no modo Up, caso contrario ele assume a contagem em modo Down.

O proprio circuito do QEP gera o clock fonte a partir das leituras feitas das

entradas CAPs as quais captam os sinais(A,B,O) do encoder. Os sinais(A,B) estao

em quadratura, defasados de 90. O clock fonte do circuito do QEP sera quatro vezes

o numero de pulsos por rotacao do encoder, o proprio modulo do circuito do QEP faz

esse condicionamento.

Figura 2.12: Diagrama em blocos do circuito QEP do modulo EVA.

Os enconders utilizados nos motores da maquina Fresadora Universal FUW250

possuem a mesma caracterısticas, ou seja sao de 1024 pulsos rotacao e desta forma o

clock fonte do circuito QEP sera de 4096 pulsos. O registrador de perıodo de timer

T2PR sera igual 4095 fazendo com que a base de tempo de T2CON conte ate esse

valor. A cada contagem desse perıodo de tempo 4095 significa que o motor deu uma

volta.

Este trabalho especificamente nao tera a malha de posicao dos eixos X, Y e Z

devido as limitacoes mecanicas e o tipo de acoplamento entre eles. Nao existe uma

interdependencia entre os eixos ou melhor existe apenas um motor cc para operar nos


tres eixos, diferenciando-os apenas pelo acoplamento mecanico. O ideal seria ter um

motor para cada eixo, para trabalhar com a malha de posicao.

Foi desenvolvido um algoritmo para ler as velocidades dos motores da Mesa e do

Porta Fresa. Com base na figura 2.13 sera feita uma analise didatica fundamentada

na base de tempo de T2CON do modulo EVA, utilizando o modo contagem-Up para

fazer os calculos da velocidade em rpm (Texas Instruments, 2001).

O registrador de perıodo do timer T2CNT faz a leitura instantanea na base de

tempo que e gerado pelo bloco do QEP. Atraves da expressao (2.7), calcula-se o valor

de delta(∆), atraves das leituras feita pelo registrador T2CNT , do valor atual e do

valor anterior. O perıodo T esta vinculado a frequencia de amostragem da interrupcao

do programa principal, entao a cada 1ms e feita a atualizacao destas leituras.

Figura 2.13: Calculo da velocidade.

∆ = T2CNT−atual − T2CNT−anterior (2.7)

Em seguida calcula-se a velocidade em rps atraves da equacao (2.8).

V eloc−rps =∆.SAM−PFREQUENCY

4096(2.8)

A figura 2.14 representa o circuito de interface entre os sinais do encoder, disponıveis

nos conectores DB25 e o DSP. Foram utilizados buffers para isolar os pinos do DSP

dos pinos do conector DB25.

2.10. Modulo do Conversor Analogico/Digital 26

2.10 Modulo do Conversor Analogico/Digital

O modulo ADC possui 16 canais composto por dois sequenciadores independentes,

cada qual com oito canais. Cada pacote esta interligado a cada Event Manager,

EVA ou EVB, mas todos atraves do mesmo modulo conversor ADC. A figura 2.15

mostra um diagrama em blocos do modulo ADC aplicado no TMS320F2812 (Texas

Instruments, 2002b).

Os dois modulos de 8 canais podem funcionar de dois modos distintos. No primeiro

deles denominados cascata, os 16 canais sao convertidos sequencialmente. No segundo

modo denominado auto-sequenciador serial, para cada modulo de 8 canais pode-se

configurar a sequencia de conversao. Uma vez completada a conversao, cada sequen-

ciador envia o valor do canal selecionado ao respectivo registrador RESULTx.

Figura 2.14: Conexao via DB25 dos enconders do motor da Mesa e do Motor Porta Fresa.

O modulo ADC de 12bits possui tempo de conversao de 200ns e as entradas ana-

logicas sao de 0V a 3V . Na figura 2.5 foram apresentados os quatro ports ADCINA0,

ADCINA1, ADCINA2 e ADCINA3, operando no modo auto-sequenciador serial, lig-

ados as leituras de corrente e tensao.

A expressao(2.9) envia o valor digitalizado da tensao de entrada para cada um dos

dezesseis canais de entrada analogica.

V alor−Digital = 4095.(Sinal−Analgico − ADCLO

3) (2.9)

2.11. GPIO MUX 27

No capıtulo 3, sera mostrado o redimensionamento da expressao (2.9) para cada

circuito driver de leitura a cada ports ADC utilizado no monitoramento das correntes

e da tensao.

2.11 GPIO MUX

Os registradores GPxMUX sao utilizados para selecionar o modo de operacao de

determinados pinos do DSP. Quando este registrador for programado em nıvel logico

baixo, o pino opera como I/O. Caso contrario, o pino adotara a funcao especificada

pelo fabricante (Texas Instruments, 2002c).

Figura 2.15: Diagrama em blocos do modulo ADC aplicado no TMS320F2812.

Como mostrado na figura 2.5, foram configurados vinte e cinco ports como I/Os

os quais serao entradas ou saıdas para o teclado, chaves fins de curso, comando via

painel, monitoramentos de Resets e rearme das placas dos choppers em caso de falhas

e comandos para as embreagens.

2.12. Especificacoes eletricas 28

Uma vez que um determinado pino foi configurado como I/O, ele deve ser dire-

cionado como entrada(input) ou como saıda(output). Quando o registrador GPxDIR

e setado em nıvel logico baixo esse pino funcionara como entrada, caso contrario ele

sera configurado como saıda.

2.12 Especificacoes eletricas

As condicoes dos nıveis de tensao tanto de alimentacao quanto dos nıveis logicos

dos ports do DSP TMS320F2812 estao representadas na figura 2.16 (Texas Instru-

ments, 2003b). Nela pode-se verificar as tensoes de alimentacao da CPU, os valores

dos nıveis logicos dos pinos de I/Os e os nıveis de tensao de alimentacao do conversor

A/D e da programacao da memoria Flash.

Figura 2.16: Especificacoes eletricas aplicaveis ao TMS320F2812.

Utilizou-se o TPS767D301 da Texas Instruments,um duplo regulador de tensao,

para regular os valores de 3,3V e 1,8V a partir de uma alimentacao externa de +5V.

A figura 2.17 mostra o esquematico do circuito de alimentacao de 3,3V e 1,8V de-

senvolvido para alimentar o DSP TMS320F2812 e seus perifericos (Spectrum Digital

Inc., 2002).

O funcionamento desse circuito apresentado na figura 2.17 possui as seguintes

etapas:

2.12. Especificacoes eletricas 29

- O sinal de 3,3V alimenta primeiramente os pinos (VDDIO, VDD3V FL, VDDA1,

VDDA2, VDDAIO, AVDDREFBG).

- Durante a fase de crescimento da saıda de 3,3V, quando a mesma for maior que

2,5V, o TPS comeca a liberar a tensao de saıda de 1, 8V .

- Depois que o tensao de 3, 3V estabilizar, a tensao de 1, 8V tera que estabilizar

em um tempo menor que 10ms. Essa temporizacao na partida das fontes e feita

atraves do conjunto capacitor Cx e o MOSFET BSS138.

- Durante a sequencia de inicializacao das alimentacoes 3, 3V e 1, 8V , o TPS767

D301, gera o sinal RESET em nıvel logico baixo para XRS, o qual permanece

baixo no mınimo 1ms apos a estabilizacao das fontes e clocks, voltando para o

nıvel logico alto em seguida.

Figura 2.17: Fonte de alimentacao 1,8V e 3,3V com regulador TPS767D301 aplicado aoTMS320F2812.

2.13. Conclusoes do capıtulo 30

2.13 Conclusoes do capıtulo

Nesse capıtulo foram esplanadas todas as configuracoes feitas no DSP TMS320F

2812 para a implementacao do controle da maquina Fresadora Universal FUW250.

Mostramos as arquiteturas funcionais dos modulos aplicaveis ao DSP os quais

foram configurados especificamente para cada funcao a ser executadas pela Fresadora

Universal.

No capıtulo 3 sera apresentado os circuitos eletronicos das interfaces entre o

DSP2812 e a maquina e os circuitos eletricos de maior potencia.

Capıtulo 3

Projeto das Interfaces dos

Circuitos dedicados a Fresadora

Universal FUW250 e a Eletronica

de Potencia

3.1 Introducao

Neste capıtulo sera apresentado toda parte que envolve a eletronica de Potencia

e as interfaces com o DSP2812 e a maquina. As disposicoes das interfaces com os

perifericos da maquina Fresadora Universal FUW250, os quais monitoram as leituras

dos ADCs, chaves fins-de-curso, comandos das embreagens, leituras das correntes,

velocidades e barramento cc, display e do painel de comandos serao apresentados.

A figura 3.1 mostra os modulos de Potencia, que sao representados por uma ponte

retificadora Trifasica e os conversores cc-cc ou Choppers.

A ponte retificadora Trifasica e um modulo da SEMIKRON SKD 62/08 capaz de

suportar uma tensao maxima de 800V e uma corrente media de 60A. O barramento

Vdc, necessario aos Choppers, e a alimentacao das bobinas de campo SHUNT e de

340V . O motor da Mesa possui, alem do campo shunt, um enrolamento de campo

em serie. A fim de manter o fluxo do campo gerado pelo enrolamento serie na pola-

ridade correta, o mesmo foi montado associado a uma ponte retificadora monofasica

SKB14/08. Assim, o sentido da corrente no enrolamento serie sera independente do

sentido de rotacao do motor.

3.1. Introducao 32

CampoSérie

Enrolamentode Compensação

Ponte RetificadoraSKB14/08

MOTOR DAMESA

Enrolamentode Compensação

MOTORPORTA FRESA

MóduloSKM50GB123D

MóduloSKM50GB123D

ABC

FASES

PONTE RETIFICADORA TRIFÁSICASKD62/08 - 99470

CHOPPER DEFRENAGEM

SKM50GAL123D

CAMPOSSHUNT´s

CHOOPER DO MOTOR PORTA FRESA

CHOPPER DO MOTOR DA MESA

Dz1

Dz3R1

Dz2

Dz4R2

R3

R4

Dz5

Dz7

Dz6

Dz8

Dz9

Dz10R5

RL

Dz1Dz3

4000uF300Vdc

47K2W

4000uF300Vdc

47K2W

MóduloSk45 GH063

Dz4Dz2

Figura 3.1: Modulos da fonte de alimentacao e choppers.

A figura 3.1 tambem representa os choppers de quatro quadrantes que alimentam

os motores cc. No chopper do motor da Mesa utiliza-se um modulo SK45GH063 da

Semikron e no chopper do motor Porta Fresa sao dois modulos SKM50GB123D da

Semikron. O chopper de Frenagem utiliza um modulo SKM50GAL123D da Semikron.

Nos topicos seguintes serao feitos estudos e analises de cada circuito aplicado a

Eletronica de Potencia, drivers e interfaces direcionados a maquina Fresadora Uni-

versal FUW250 em conjunto com o DSP TMS320F2812.

3.2. Circuitos choppers aplicados no acionamento dos Motores cc 33

3.2 Circuitos choppers aplicados no acionamento

dos Motores cc

A aplicacao dos choppers nesse trabalho envolve o controle de tracao de dois

motores cc atraves da conversao de uma fonte de tensao cc fixa em uma fonte de tensao

cc variavel, podendo operar como abaixador de tensao ou elevador de tensao. Aplica-

se uma modulacao em largura de pulsos (PWM), a uma frequencia de chaveamento

fixa, sendo o dispositivo de chaveamento um IGBT, para regular essa tensao cc na

saıda. Lembrando-se que a frequencia de chaveamento e de 1kHz onde aplica-se um

PWM simetrico de tres nıveis.

Dependendo dos fluxos da corrente e tensao, os choppers podem ser classificados

em cinco tipos: chopper classe A, chopper classe B, chopper classe C, chopper classe

D e chopper classe E (Rashid, 1993).

Nesse trabalho especificamente utilizou-se o chopper operando na classe E, no qual

a corrente e a tensao da carga sao tanto positivas quanto negativas. O chopper opera

nos quatro quadrantes, podendo, assim, o motor cc girar no sentido horario ou no

anti-horario.

3.2.1 Chopper do Motor da Mesa

No desenvolvimento do projeto do chopper do Motor Mesa utiliza-se um modulo de

IGBTs SK45 GH 063, fabricado pela SEMIKRON, com as seguintes caracterısticas:

Vce = 600V , Ic = 45A. A figura 3.2 mostra o modulo com os IGBTs e sua configuracao

(By SEMIKRON, 2003b).

Figura 3.2: Modulo do IGBT SK45 GH 063 e suas configuracoes.


Esse modulo de IGBTs e controlado por dois semidrivers SKHI 20opA da Semi-

kron. Na figura 3.3 apresenta um diagrama em blocos desse semidriver SKHI 20opA

(By SEMIKRON, 2004c).

Figura 3.3: Diagrama em blocos do Semidriver SKHI 20opA da Semikron.

As caracterısticas do motor da mesa:

- Tipo: cc com enrolamentos de campo em derivacao e serie;

- Tensao na armadura(Va): 270V;

- Corrente de armadura(Ia): 2,6A;

- Potencia: 530W;

- Velocidade Nominal: 3000rpm;

- Tensao de Campo: 330V;

O semidriver SKHI 20opA comanda dois transistores IGBTs. Os sinais de co-

mando sao configurados em nıveis logicos CMOS. Esse driver permite ajustar o tempo

morto entre os comandos dos transistores e incorpora um circuito de protecao de curto-

circuito, monitorando a tensao nos terminais do transistor. O driver SKHI 20opA

monitora a tensao Vce nos terminais de cada transistor e quando ocorre um curto-

circuito ele os desligam. Em condicoes normais os transistores sao bloqueados no


sentido de reduzir os tempos de chaveamento e consequentemente as perdas de blo-

queio. No entanto, na ocorrencia de um curto-circuito, este bloqueio dos transistores

provoca uma sobretensao nas indutancias de fiacao do barramento cc que podem des-

truir os transistores. Assim, na ocorrencia de um curto-circuito, o driver bloqueia

”suavemente”os transistores, limitando a derivada da corrente de curto-circuito e con-

sequentemente a sobretensao no barramento cc.

Quando o driver detecta um curto-circuito ou uma sub-tensao da tensao que o

alimenta, ele gera um sinal de erro para o DSP. Este sinal de erro e do tipo ”open

colector”, permitindo que se possa supervisionar o driver SKHI 20opA. Este sinal de

erro pode ser desabilitado se o comando do transistor for nıvel logico zero. Neste caso,

o sinal de erro e monitorado pelo TMS320F2812 e quando ativando(nıvel logico zero),

o DSP desliga os comandos dos transistores. O DSP envia um comando de Reset,

em nıvel logico baixo, no sentido de liberar a conducao dos transistores. Se o defeito

ainda estiver presente a protecao volta a atuar. O numero de tentativas de rearme

atraves do comando Reset foi programado no maximo 5 vezes apos o qual a CPU

inibe o funcionamento dos comandos dos transistores ate que o circuito seja revisado.

O modulo SK45 GH 063 e os dois semidrivers SKHI 20opA estao contidos num

modulo inversor PCI B2U+B2CI da Semikron o qual foi adaptado para ser um con-

versor cc-cc de quadro quadrantes para alimentar o motor da Mesa. A figura 3.4

mostra uma vista da montagem com os circuitos que compoem o chopper do motor

da Mesa. O Apendice B apresenta o schematic e configuracoes desse modulo inversor

PCI B2U+B2CI aplicado no motor da Mesa.

Figura 3.4: Chopper do motor da Mesa.


3.2.2 Acionamento do Motor do Porta Fresa

No desenvolvimento do projeto do chopper do Motor Porta Fresa utilizam-se

dois modulos duplos de IGBT SKM50 GB 123D, fabricado pela SEMIKRON, com

as seguintes caracterısticas: Vce = 1200V , Ic = 50A. A figura 3.5 mostra uns dos

modulo do IGBT e sua configuracao (By SEMIKRON, 2004a).

O motor Porta Fresa possui as seguintes especificacoes:

- Tipo: cc com campo shunt excitacao independente;

- Tensao na armadura(Va): 300V;

- Corrente de armadura(Ia): 23A;

- Potencia: 6,1kW

- Velocidade Nominal: 2900rpm;

- Tensao de Campo: 320V;

Cada modulo de IGBT e controlado por um driver SKHI 23/12 da Semikron. A

figura 3.6 apresenta um diagrama dos blocos deste driver (By SEMIKRON, 2004b).

Figura 3.5: Modulo do IGBT SKM50 GB 123D e suas configuracoes.

Este driver pode comandar dois transistores IGBTs. Os sinais de comando podem

ser configurados para serem compatıveis com os nıveis logicos CMOS ou TTL. O driver

permite ainda ajustar o tempo morto entre os comandos dos transistores e incorpora

um circuito de protecao de curto-circuito, monitorando a tensao nos terminais do

transistor.

3.3. Projeto dos sensores de Corrente e Tensao 37

Quando o driver detecta um curto-circuito ou uma sub-tensao da tensao que o

alimenta, ele gera um sinal de erro para o DSP. Este sinal de erro e do tipo ”open

colector”, permitindo que se possa supervisionar simultaneamente varios drivers deste

tipo. Este sinal de erro pode ser desabilitado se os comandos de ambos transistores

forem nıvel logico zero simultaneamente, por um intervalo de tempo superior a 5µs.

Neste caso, o sinal de erro e monitorado pelo TMS320F2812 e quando ativando(nıvel

logico zero), o DSP desliga os comandos dos transistores de modo a rearmar o driver

e permitir que o mesmo volte a funcionar novamente.

Figura 3.6: Diagrama em blocos do Semidriver SKHI23 da SEMIKRON.

Caso o defeito permaneca, o procedimento e repetido por no maximo cinco vezes

apos o qual a CPU inibe o funcionamento dos comandos dos transistores ate que o

circuito seja revisado. A figura 3.7 mostra uma vista da montagem com os circuitos

que compoem o chopper do motor Porta Fresa.

3.3 Projeto dos sensores de Corrente e Tensao

Neste topico sera mostrado o desenvolvimento dos sensores de leitura das correntes

nas armaduras dos motores cc da Mesa e do Porta Fresa.


Figura 3.7: Vista da montagem com o Chopper do motor Porta Fresa e os modulos daSemikron.

Na leitura das correntes utilizaram-se o transdutores de corrente baseados no

princıpios do efeito Hall. Estes transdutores garantem isolamento galvanico entre o

primario e o secundario.

O sensor de leitura da tensao ira monitorar o barramento cc que varia de 0 a

400V . Este sensor amostra a tensao atraves de um divisor resistivo diferencial e um

amplificador de instrumentacao de precisao INA 114 com ganho ajustavel atraves de

um resistor externo.

3.3.1 Sensores de leitura das Correntes das Armaduras dos

Motores cc

Como dito anteriormente, foram usados transdutores de efeito Hall para a leitura

da corrente de armadura, com o isolamento galvanico garantindo total separacao entre

os estagios de potencia e a eletronica. O conversor A/D do DSP aceita valores de

tensao entre 0 e 3V. Assim, como a corrente nas armaduras pode ser tanto positiva

quando negativa, dependendo do sentido de rotacao, e necessario um circuito de

conformacao do sinal de saıda dos transdutores de corrente.

Foi selecionado um amplificador operacional capaz de operar com uma tensao de

alimentacao de 3.3V( a mesma que alimenta o DSP) e do tipo ”rail to rail” tanto

na entrada quanto na saıda. Assim, a tensao de saıda deste amplificador operacional

pode excursionar entre praticamente zero volts e tres volts, garantindo que esta tensao

nao ultrapasse os valores maximos permitidos pelo conversor A/D do DSP. A figura


3.8 mostra o digrama completo para a aquisicao da corrente na armadura do motor

da Mesa.

Nesse projeto consideramos que a corrente de fundo de escala do motor da Mesa e

de 3,5A. O transdutor utilizado para a medicao dessa corrente foi o LT100-S fabricado

pela LEM, disponıvel no laboratorio. Esse transdutor e capaz de medir correntes de

ate 100A com uma relacao 1:1000 sendo, portanto o produto amperes-espiras deste

transdutor e igual a 100Ae. A fim de garantir a qualidade da medicao do transdutor

em toda a faixa de variacao da corrente de armadura do motor da mesa, o numero

de espiras do enrolamento primario do transdutor acomoda 10 espiras (100/3,5), de

tal modo que ao circular a corrente de 3,5A do motor da mesa, os Amperes-espiras

gerados serao iguais a 35Ae.

Figura 3.8: Circuito de leitura da corrente do motor da Mesa.

Levando em conta de que a excursao da tensao na entrada do A/D do DSP e

de 0 a 3V, e necessario a introducao de um deslocamento da leitura da corrente de

modo que quando a corrente de armadura do motor for nula, a tensao na entrada do

A/D seja de 1,5V. Assim, uma leitura de 3V pelo A/D correspondera a uma corrente

de armadura de +3,5A enquanto que uma leitura de 0V significara uma corrente de

-3,5A.

No circuito 3.8, pode-se verificar que o circuito de conformacao do sinal e com-

posto pela soma de dois sinais. O primeiro sinal e gerado pela passagem da corrente

do enrolamento secundario do transdutor, dada pela equacao (3.1), por um divisor

resistivo formado pelso resistores R3 e R4. O segundo sinal e proveniente de uma

fonte de tensao de -5V e e esta tensao a responsavel pelo deslocamento de 1,5V na

entrada do conversor A/D do DSP.

In

Is

=1000

N(3.1)


Escrevendo-se as equacoes do circuito da figura 3.8, obtemos a equacao (3.2).

V0 =5.R7

R5

− R7.Ia (3.2)

O valor da corrente Ia e mostrado na equacao (3.3) e e a corrente logo apos o

divisor resistivo, conforme a figura 3.8.

Ia = (R3

R4 + R3

).Is (3.3)

Reorganizando-se as equacoes (3.2) e (3.3) obtem-se a equacao (3.4).

V0 =5.R7

R5

− (R7.R3

R4 + R3

).Is (3.4)

O primeiro termo da equacao (3.4) e igual a 1,5V de modo que a relacao entre R7

e R5 pode ser obtida facilmente pela equacao (3.5).

R7 = R5.0, 3 (3.5)

Adotamos para R5 um resistor de 10KΩ, obtendo-se assim para R7 um valor de

3, 1KΩ. O segundo termo da equacao (3.4) tem uma amplitude maxima igual a 1,5V,

quando a corrente Is for igual a 3,5A. Para dimensionar R4, escolheu-se o resistor R3

igual a 100Ω, obtendo-se assim para R4 o valor de 9, 7KΩ.

O resistor R6 e introduzido para minimizar o efeito da corrente de polarizacao do

Amplificador Operacional e a equacao (3.6) fornece o valor deste resistor.

R6 = (R3 + R4)//R5//R7 (3.6)

Foram utilizados os resistores de 1% de precisao e os valores utilizados foram:

R3 = 100Ω, R4 = R5 = 10KΩ, R7 = 3, 01KΩ. O resistor R6 utilizado foi de 1.8KΩ

com uma precisao de 10%.

Apos a manipulacao algebrica da equacao (3.4) e considerando a digitalizacao do

sinal feito pelo A/D como mostrado na equacao (2.9), a corrente de armadura do

motor da Mesa e obtida pela expressao (3.7).

Ioutmesa = 5 −10.CorrMMS

4095+ 0, 25 (3.7)

A correcao do offset do A/D e do amplificador operacional foi ajustada em +0,25.

Esse fator foi obtido atraves da leitura da corrente da armadura, com o motor da Mesa

desligado. A leitura foi feita em tempo real, via o Code Composer, buscando-se dessa


forma corrigir a leitura de Ioutmesa, que deveria nestas condicoes ser nula. A variavel

CorrMMS e a leitura do conversor A/D fornecida pelo DSP. O Code Composer e um

ambiente de desenvolvimento do DSP onde faz as emulacoes para codigo de maquina.

Esse software faz a comunicacao entre DSP e o computador em tempo real.

De forma analoga foi projetado o sensor de leitura de corrente de armadura do

motor Porta Fresa. A figura 3.9 mostra o circuito eletronico do sensor de corrente.

Figura 3.9: Circuito de leitura da corrente do motor Porta Fresa.

A corrente do motor Porta Fresa e de 23A, e neste projeto adotou-se uma corrente

de fundo de escala de 30A. O transdutor utilizado foi o LT-100S da LEM, com uma

capacidade de corrente de 100A. O numero de espiras do primario escolhido foi de

3 espiras. De modo similar ao do motor da mesa, as equacoes (3.8), (3.9) e (3.10)

apresentam os equacionamentos deste circuito.

R29 = R27.0, 3 (3.8)

V0 =5.R29

R27

− (R29.R25

R25 + R26

).Is (3.9)

R28 = (R25 + R26)//R27//R29 (3.10)

Foram usados os resistores de 1% de precisao e os valores foram: R25 = 100Ω,

R26 = 18KΩ, R27 = 10KΩ, R29 = 3, 01KΩ. O resistor R28 utilizado foi de = 2, 2KΩ

com uma precisao de 10%.


Foi feito a manipulacao algebrica da equacao (3.9) e, considerando-se a digitaliza-

cao do sinal feito pelo A/D como mostrado na equacao (2.9), a corrente de armadura

do motor Porta Fresa e obtida pela expressao (3.11).

Ioutfresa = 30 −60.CorrMPF

4095+ 1, 8 (3.11)

A correcao do offset do A/D e do amplificador operacional foi ajustada em +1,8.

Esse fator foi obtido de forma analoga mas com o motor da Porta Fresa desligado. A

leitura foi feita atraves do Code Composer, em tempo real, buscando corrigir a leitura

de Ioutfresa, que deveria nestas condicoes ser nula. A variavel CorrMPF e a leitura do

conversor A/D fornecida pelo DSP.

3.3.2 Sensor de leitura da tensao do Barramento cc

A tensao do barramento cc, considerando-se a elevacao da tensao devido a fre-

nagem dos motores, pode ser tao alta quanto 400V. A solucao empregada foi um

divisor resistivo diferencial com a conformacao de sinal sendo feita por um amplifi-

cador de instrumentacao, o INA114. A figura 3.10 apresenta o diagrama do circuito

eletronico de medicao desta tensao.

A equacao que relaciona a tensao de saıda, Vout, com a tensao de barramento Vdc

e apresentada na equacao (3.12). Foi considerado que R19 e igual a R22 e que R20 e

igual a R20.

Vo =Vdc.R20

R19 + R20

(3.12)

Os resitores foram calculados de modo que a tensao Vout seja de 3V, quando a

tensao no barremento C.C for de 400V.

Assim obtem-se a relacao que permite a escolha dos valores dos resistores R19 e

R20 e que esta apresentada na equacao (3.13).

(R20

R19 + R20

) = (3

400) = 0, 0075 (3.13)

Escolheu-se um valor para R19 de 1MΩ, e atraves da equacao (3.13) o valor de

R20 calculado foi igual a 7, 5KΩ. Todos os resistores utilizados sao de 1% de precisao

e potencia de 1/3W .


Figura 3.10: Sensor de leitura da tensao do Barramento cc.

A mesma correcao de leitura no A/D para o barramento cc, manipulou-se algebri-

camente a equacao (3.12) e, considerando-se a digitalizacao do sinal feito pelo A/D

como mostrado na equacao (2.9), a corrente de armadura do motor da Mesa e obtida

pela expressao (3.14).

LeituraV dc =400.BarramentoMotores

4095− 2 (3.14)

A correcao do offset do A/D e do amplificador operacional foi ajustada em −2.

Esse fator foi obtido atraves da leitura de tensao no barramento cc, com tensao

zero. A leitura foi feita em tempo real, via o Code Composer, buscando dessa forma

corrigir a leitura de LeituraV dc, que deveria nestas condicoes ser nula. A variavel

BarramentoMotores e a leitura do conversor A/D fornecida pelo DSP.

A tensao de alimentacao do amplificador de instrumentacao sendo igual a 15V,

a tensao de saıda deste amplificador pode, em caso de defeito, alcancar valores que

danificam o conversor A/D do DSP. A saıda do amplificador de instrumentacao foi

aplicada a um estagio grampeador utilizando diodos Schottky. As especificacoes do

conversor A/D do DSP exigem que a impedancia de saıda do circuito que sera digi-

talizado seja muito baixa. A solucao empregada foi a utilizacao de um amplificador

operacional, ”rail to rail”, alimentado em 3,3V em uma configuracao de amplificador

nao inversor de ganho unitario. O amplificador utilizado foi o OPA2350. O circuito

descrito acima e apresentado na figura 3.11.

3.4. Interfaces para leituras dos Sinais Digitais 44

3.4 Interfaces para leituras dos Sinais Digitais

Neste topico serao abordadas todas as interfaces de entrada ou de saıda do TMS

320F2812. Essas interfaces fazem o elo entre o DSP e os comandos dos transistores

IGBTs, monitoram os sinais de controle das malhas de corrente e de velocidade,

fazem a leitura dos fins de curso, painel de Comando e embreagens dando assim uma

dinamica maior a automacao da maquina Fresadora FUW250.

Figura 3.11: Estagio final do sensor de tensao do Barramento cc.

3.4.1 Interfaces de Comandos PWMs e de Controle

A figura 3.12 mostra as interfaces dos comandos PWMs e os pinos de Controle

que sao aplicados as placas SEMIKRON SKHI23/12 e a SKHI10. Os nıveis logicos

de saıda dos pinos de PWM do DSP sao 0 e 3,3V enquanto que os nıveis logicos

de controle da placas drivers da Semikron(SKHI23/12 e a SKHI10) sao 0 e 10V.

Para adaptar os sinais do DSP aos dos drivers, foi utilizado o circuito integrado 7406

”buffer”com coletor aberto.

Os sinais C1PWM, C2PWM, C3PWM, C4PWM sao os pulsos do PWM de tres

nıveis gerados pelo modulo do TMS320F2812 aplicados as placas SEMIKRON SKHI23

/12 e que controlam a velocidade do motor do Porta Fresa. O comando C5PWM e

um port I/O que esta configurado como saıda e gera um sinal logico para a placa

SEMIKRON SKHI10 ligar ou desligar o chooper de frenagem.

O conector JP1 faz a conexao a primeira placa da SEMIKRON SKHI23/12 que

controla o braco-1 do Chooper do motor do Porta Fresa. O conector JP2 conecta a

segunda placa SEMIKRON SKHI23/12 que faz o controle do braco-2 do Chooper do

motor do Porta Fresa.


Figura 3.12: Interface de comandos e controle para as placas da SEMIKRON SHHI23/12 eSKHI10.

O conector JP3 conecta a placa SEMIKRON SKHI10 que recebe o comando do

DSP para ligar ou desligar o chopper de Frenagem. O DSP vai enviar um comando

para acionar o chopper de frenagem sempre que ocorrer uma frenagem em algum dos

motores cc, a tensao nominal do barramento cc e de 310V(220.√

2). No momento da

frenagem esta tensao pode aumentar significamente a ponto de danificar os conver-

sores choppers. A frenagem dos motores ocorre sempre que se desejar parar o motor,

inverter o sentido de rotacao ou reduzir a velocidade. Sempre que ocorrer uma fre-

nagem de algum motor cc, existe um aumento da tensao no barramento cc em relacao

ao valor nominal, neste instante, o motor cc opera como gerador fazendo com que a

tensao do barramento cc se eleve acima do valor nominal. Esta energia excedente,

proveniente da energia cinetica dos motores, tem que ser dissipada atraves do chopper

de frenagem, em uma carga resistiva. A placa SKHI10 recebe o comando do DSP e

aciona o modulo SKM50GAL123D. A figura 3.13 mostra o modulo do IGBT utilizado

no chopper de Frenagem.

Os sinais ERRO e RESET sao ports I/Os que estao configurado como entrada

e saıda respectivamente. O sinal de ERRO e monitorado pelo DSP e indica se ha

alguma falha eletrica.


Figura 3.13: Modulo do IGBT e sua configuracao aplicado no chopper de Frenagem.

Esse sinal e ativado pelas placas da SEMIKRON e e ativo em nıvel logico baixo. O

DSP zera as saıdas do PWM por um tempo = 5µs para que os circuitos SKHI23/12

tentem rearmar. De forma analoga, para o circuito SKHI10, porem, neste caso, sao

os sinais de C5PWM e RESET que vao a nıvel logico baixo por um tempo = 5µs.

O numero de vezes de tentativas de rearme e configurado via software. Caso

o sistema nao reabilite depois do numero de tentativas, o sistema fica travado sem

gerar os pulsos de PWM ou qualquer outro comando ate que faca uma manutencao

corretiva.

A figura 3.14 mostra a interface de PWM e comandos de controle aplicados ao

chopper do motor da Mesa. Os sinais C1 e C2, provenientes do DSP, sao o sinais

de comando de cada um dos bracos do chopper da Mesa. Os complementares destes

sinais sao gerados por um circuito integrado inversor SN7406 e o tempo morto e

ajustado nos dois semidrives SKHI 20opA da Semikron.

As linhas RSO (Reset) e ERR (Erro) do chopper da motor da Mesa, sao ports

I/Os que estao configuradas como entrada e saıda respectivamente. As funcoes de

ambas e analoga ao apresentado para as placas da SEMIKRON do chopper do motor

do Porta Fresa. O sinal ERR fica em nıvel logico alto, em caso de falha do chopper

do motor da Mesa, ERR vai para nıvel logico baixo fazendo com que o DSP iniba o

funcionamento do chopper.

O sinal RSO tem a funcao de liberar o funcionamento do chopper da Mesa e e ativo

em nıvel logico baixo. O numero de tentativas e controlado pelo DSP via software,

caso o sistema nao rearme depois do numero de tentativas programado, o sistema fica

travado sem gerar os pulsos de PWM ou qualquer outro comando ate que se faca uma

manutencao corretiva na placa do chopper do motor da Mesa.


Figura 3.14: Interface de comandos e controle para o chopper do motor da Mesa.

3.4.2 Interfaces para o Display, Comandos das Embreagens

Configurou-se ports I/Os especificamente para a interface do Display e seus co-

mandos. Foi utilizado o modulo LCD TM204ABC6 que possui um matriz com 20

caracteres por 4 linhas, 8 bits em paralelo. A figura 3.15 mostra o circuito aplicado

na interface do display e comandos.

O barramento de dados DB0 a DB7 e os sinais E, R/W e RS foram configurados

nos ports I/Os como entradas ou saıdas e sao monitorados diretamente pelo DSP.

Os comandos do Display sao os sinais ENTER e SELECT e utilizou-se buffers e um

filtros antes de aplica-lo ao DSP. Esses comandos fazem a confirmacao de dados do

display e a selecao dos dados a serem escritos no Display, respectivamente.

A velocidade do motor da Mesa esta pre-programado em um vetor. O comando

SELECT permite a varredura deste vetor ate que o display exiba o valor desejado.

Neste momento, o operador confirma a escolha da velocidade atraves do comando

ENTER. O DSP memoriza, portanto, a velocidade selecionada. Uma vez feito isto,

de modo analogo, passa-se para o campo de definicao da velocidade do motor do

Porta Fresa.


Figura 3.15: Interface do Display e seus comandos.

Os valores das velocidades confirmadas via Display sao as velocidade de referencia

aplicadas a cada malha de velocidade, seja para o motor da Mesa ou para o motor

do Porta Fresa. A figura 3.16 mostra o driver de interface dos comandos para as

embreagens de alta e baixa para os motores da Mesa e do Porta Fresa.

Esse driver ira dar o comando ao circuito de acionamento as embreagens de acordo

com a faixa de velocidade confirmada via Display. Para ambos os motores da Mesa

e o Porta Fresa existem duas embreagens por motor, podendo acionar a rotacao

de alta ou de baixa velocidades. As embreagens de alta e baixa velocidades fazem

um acoplamento mecanico sendo uma reducao de 14 vezes na baixa velocidade e

acoplamento direto na alta velocidade praticamente mantem a relacao 1:1.


Figura 3.16: Driver de interface dos comandos para as embreagens.

As embreagens sao acionadas com uma tensao de 24Vcc em seus terminais que sao

aplicados por um circuito de acionamento via transistor MOSFET IRLZ14, fabricada

pela International Rectifier. A tensao de comando VGS deste MOSFET e de 5V

aplicados pelo driver apresentado na figura 3.16. A figura 3.17 mostra a vista da

montagem do circuito de acionamento das embreagens utilizando o MOSFET IRLZ14.

Figura 3.17: Vista da montagem do circuito de acionamento as embreagens com MOSFETIRLZ14.

3.4.3 Interfaces das Chaves Fins de Curso e Comando do

Painel

Os sensores eletromecanicos dos fins de curso e os Comandos do Painel do Ope-

rador sao monitorados via conector JP8 e JP12 e apenas uma chave liga/desliga.


Quando o chave esta aberta o nıvel logico e zero e a chave fechada, nıvel logico

alto(3.3V ). A figura 3.18 mostra o circuito que faz a interface entre essas chaves e o

DSP.

Figura 3.18: Circuito de interface das chaves Fins de Curso e Comandos do Painel da Fre-sadora FUW250.

Utiliza-se os CIs 74HC245 e o 74AHCT32 para fazer o direcionamento dos dados

utilizando-se o proprio barramento de dados(XD0...XD15) do DSP TMS320F2812.

O CI74HC245 e um transceptor de oito canais, bidirecional A-B ou B-A com saıdas

3-estados. A direcao dos dados depende do nıvel logico aplicado na porta de controle

de direcao(DIR) e do nıvel logico aplicado na porta de habilitacao das saıdas OE. A

figura 3.19 representa o diagram logico do CI74HC245 e suas configuracoes (Texas

Instruments, 2003a).

Nesse projeto, a comunicacao dos dados lidos pelos conectores JP8 e JP12 e dire-

cional A-B, desta forma habilitou-se o port DIR, pino-1, sempre em nıvel logico alto.

A habilitacao das saıdas e realizada toda vez que o sinal OE for para nıvel logico

baixo, e depende dos sinais (XRD) e (XZCS0AND1) gerados pelo DSP.

O sinal XRD e ativado em nıvel logico baixo toda vez que o DSP le dados atraves

do barramento de dados(XD0...XD15). O sinal (XZCS0AND1) e ativado em nıvel

logico baixo toda vez que o DSP acessar a ZONE/0 XINF, que e uma regiao de

memoria reservada, que inicia no endereco 0x002000h e pode ser utilizada para ar-

mazenar dados de 8Kx16bits.


Figura 3.19: Diagrama logico do CI74HC245 e configuracoes.

Desta forma o sinal (OE) e gerado a partir dos sinais (XRD) e (XZCS0AND1)

ambos em nıvel logico baixo. O proprio barramento de dados(XD0...XD15) e usado

como canal de dados das leituras das chaves logicas e ao mesmo tempo armazena-os

em uma posicao de memoria reservada. O Apendice C apresenta o mapa de memoria

do DSP TMS320F2812.

Este modo de funcionamento possibilita a leitura dos dados das chaves fins de

cursos e comandos via painel, e memoriza-los. Como a interrupcao do programa

principal e chamada a cada 1ms, todos os dados serao atualizados nesta base de

tempo. A figura 3.20 mostra as vistas do painel de comando da Fresadora Universal

FUW250 com as disposicoes dos botoes, display e conexoes.

Figura 3.20: Painel de comando da Fresadora Universal FUW250.

3.5. Fonte de Alimentacao para os Circuitos Eletronicos da Fresadora FUW250 52

3.5 Fonte de Alimentacao para os Circuitos Eletroni-

cos da Fresadora FUW250

Utiliza-se uma fonte de alimentacao chaveada modelo FT 5-15-15/45 da MCE que

possui tres saıdas: +5V/5A, +15V/2,3A, -15V/0,5A, com tolerancia < 1% nas saıdas.

A tensao de entrada pode variar de 85 a 264V alternado com uma potencia de saıda

de 45W. Possui protecao contra curto-circuito, contra aquecimento excessivo e contra

sobretensao. As saıdas +15V e -15V alimentam todos os circuitos dos Choopers

dos motores da Mesa e do Porta Fresa e os amplificadores de instrumentacao de

precisao(INA114). A saıda +5V fornece alimentacao ao regulador TPS767D301, aos

encoders, a comunicacao serial MAX232 e ao Display. A figura 3.21 apresenta uma

vista da fonte de alimentacao chaveda modelo FT 5-15-15/45 da MCE.

Figura 3.21: Fonte de alimentacao chaveada modelo FT 5-15-15/45, saıdas +5V/5A,+15V/2,3A, -15V/0,5A.

Tambem utiliza-se uma fonte de alimentacao chaveada modelo CH 24-5 da MCE

que fornece uma saıda de 24Vcc/5A. A Potencia de saıda de 120W e uma tensao de

entrada que pode variar de 85 a 264 Vca. Possui protecao contra curto-circuito, contra

aquecimento excessivo e contra sobretensao. Essa fonte e utilizada na alimentacao em

24V contınuo das embreagens dos motores da Mesa e do Porta Fresa. A figura 3.22

mostra a vista externa da fonte de alimentacao chaveada modelo CH 24-5 da MCE.

3.6. Conclusoes do capıtulo 53

Figura 3.22: Vista externa da Fonte de alimentacao chaveada modelo CH 24-5, saıda de24V de 5A.

3.6 Conclusoes do capıtulo

Neste capıtulo apresentaram-se toda as etapas de projeto das interfaces entre o

DSP2812, a maquina Fresadora e a eletronica de Potencia, ou seja todos os peri-

fericos da maquina Fresadora Universal FUW250, monitoramento das leituras dos

ADCs, fins-de-curso, comandos das embreagens, leituras das correntes, velocidades,

barramento cc, display e do painel de comandos. Por final, apresentaram-se as fontes

de alimentacoes dos circuitos eletronicos ligados diretamente a maquina Fresadora

Universal FUW250.

O Apendice D mostra todos os diagramas dos drives e perifericos desenvolvidos

com o DSP TMS320F2812 para automatizar a maquina Fresadora Universal FUW250.

No capıtulo 4 sera desenvolvido um estudo das malhas de controle de velocidade

e de corrente dos motores cc, alem de mostrar resultados de controle dessas malhas.

Capıtulo 4

Estudo das Malhas de Controle

4.1 Introducao

Foi desenvolvido um estudo das malhas de controle utilizadas no controle dos mo-

tores cc da maquina Fresadora Universal FUW250, mostrando a sua implementacao

e ajustes dos parametros. Foram implementadas duas malhas em cascata, a mais ex-

terna controlando a velocidade do motor e a mais interna supervisionando a corrente

da armadura.

A malha de posicao nesse trabalho nao pode ser implementada devido a limitacao

mecanica da propria maquina. O eixos X, Y e Z sao interligados em um mesmo eixo

cardan, diferenciando-se apenas nos acoplamentos mecanicos. E utilizado um mesmo

motor para os tres eixos. O ideal seria um motor para cada eixo, facilitando a medicao

de posicao nos tres eixos (X,Y e Z). Outra limitacao e o proprio fuso dos eixos que e

um estrutura helicoidal rıgida em aco, o ideal sendo um fuso esferico que proporciona

movimentos suaves com alta precisao.

A seguir, serao apresentados alguns resultados das respostas das malhas de con-

trole de velocidade e de corrente de ambos motores. Para a exibicao dos resultados

experimentais foi usado o proprio ambiente do Code Composer no modo ”real time”.

Dentro do programa da interrupcao principal, os dados das variaveis a serem obser-

vadas foram armazenadas em vetores. Esta coleta de dados e feita a cada 15ms. O

Code Composer exibe no grafico o numero de pontos coletados. Assim, para converter

para a escala de tempo deve-se multiplicar o eixo das abscissa por um fator de 15.

4.2. Analise das Malhas das Velocidades e das Correntes dos Motores cc 55

4.2 Analise das Malhas das Velocidades e das Cor-

rentes dos Motores cc

A estrutura de controle possui duas malhas, velocidade e corrente, que estao li-

gadas em cascata. Utiliza-se um controlador P.I em cada malha cada qual com os

ajustes especıficos dos parametros Kp e Ki. A figura 4.1 representa o diagrama de

blocos das malhas de controle dos dois motores cc.

KP

+

-

1/s

+

Ki

+

KP

1/s

+

Ki

+

+

-1

1

2

2

Malha da Velocidade Malha de Corrente

CONTROLE DO MOTOR DA MESA

KP

+

-

1/s

+

Ki

+

KP

1/s

+

Ki

+

+

-3

3

4

4

Malha da Velocidade Malha de Corrente

CONTROLE DO MOTOR DO PORTA FRESA

Vref(Mesa)

Vref(Fresa)

PWM Chopper cc-cc

PWM Chopper cc-cc

MOTOR DA MESA

MOTOR DO

PORTA FRESA

Figura 4.1: Blocos das malhas de controle dos motores da maquina Fresadora FUW250.

Nas subsecoes seguintes serao apresentados alguns resultados experimentais das

leituras das velocidades e correntes nos motores cc, com os valores de referencias

providos via painel de comando do operador e as leituras de entradas via ADCs das

correntes das armaduras e as velocidades via Enconders.

Esses resultados foram obtidos atraves do software Code Composer StudioV2 que

faz leitura em tempo real das entradas dos ADCs e das variaveis de referencias. Desta

forma a tensao do barramento cc foi ajustada em 150V atraves de um Varivolt, o

suficiente para permitir uma rotacao de 1000rpm dos motores e que sera o valor de

referencia da malha de velocidade.

Essa limitacao na tensao do barramento cc e devido a sensibilidade eletromag-

netica da interface XDS510PPP lus que faz a comunicacao do computador ao DSP


TMS 320F2812. Esta interferencia nao permite trabalhar com valores de tensao no

barramento mais elevados devido os erros de comunicacao e de travamento do proprio

software Code Composer, principalmente quando estao habilitas as funcoes de tempo

real, funcao esta que permite as leituras das variaveis em tempo real.

Os parametros utilizados nas malhas de velocidade e nas malhas de corrente nos

Motores da Mesa e do Porta Fresa, foram respectivamente:

- Malha de velocidade do Motor de Avanco, (Motor da Mesa), com: Kp1 = 0.015

e Ki1 = 0.0005;

- Malha de corrente do Motor de Avanco, (Motor da Mesa), com: Kp2 = 0.02 e

Ki2 = 0.01;

- Malha de velocidade do Motor de Ferramentas, (Motor da Porta Fresa), com:

Kp3 = 0.2 e Ki3 = 0.005;

- Malha de corrente do Motor de Ferramentas, (Motor da Porta Fresa), com:

Kp4 = 0.0002 e Ki4 = 0.0015;

Os ajustes dos parametros Kp e Ki dos controladores PIs das malhas de velocidade

e de corrente foram ajustados em funcao da resposta obtida quando da aplicacao

de um degrau de referencia da grandeza a ser ajustada. Utilizou-se o metodo de

tentativa e erro para ajustar os parametros dos controladores PIs. Primeiramente foi

ajustada a malha da corrente de armadura, com a malha de controle da velocidade

aberta. Atraves do programa, gerou-se um degrau de referencia da corrente e ajustou-

se inicialmente o valor de Kp e em seguida o valor de Ki. O ajuste desta malha garante

que a corrente nominal do motor nao sera ultrapassada, protegendo tanto o conversor

cc-cc quando o motor. Apos o ajuste da malha de corrente, procedeu-se o ajuste da

malha de velocidade. De modo analogo ao anterior, primeiro ajustou-se o valor de

Kp e depois o de Ki.

Os controladores PIs em ambas as malhas possuem uma saturacao de modo a

impedir que a saıda cresca indefinidamente, provocando o efeito ”wind-up”. Esta

saturacao foi incluıda na saıda do integrador e do PI.

A saıda da malha de velocidade e a referencia da malha de corrente. Assim, o valor

de saturacao da malha de velocidade e a corrente nominal do motor que esta sendo

controlado. A saıda da malha de corrente e a variavel que sera utilizada para gerar

os pulsos de PWM que controlam os transistores do chopper. O programa de PWM,

foi normalizado em funcao da tensao nominal do barramento cc e assim a excursao

da variavel de saıda da malha de corrente foi limitada em +1 e em -1.


O projeto da placa controladora nao previu a inclusao de um conversor D/A

para a visualizacao das variaveis internas do programa de controle, atraves de um

osciloscopio. Assim, o Code Composer foi utilizado para o ajuste dos controladores

e a visualizacao das variaveis de referencias, grandeza a ser controlada e a saıda do

controlador. O Code Composer permite a visualizacao de ate duas variaveis na forma

de duas figuras distintas, ou seja, nao e possıvel a visualizacao de mais de duas curvas

por grafico.

Para o motor da Mesa utilizou-se um limite de 3A na malha de velocidade e um

valor de 0.95 para a saturacao na malha de corrente. De forma analoga, o motor

do Porta Fresa utilizou saturacoes de 23A e 0.95 para suas respectivas malhas de

velocidade e corrente. Nas subsecoes seguintes serao mostrados alguns dos resultados

das malhas de velocidade e de corrente para cada motor cc.

4.2.1 Malha de Velocidade do Motor do Porta Fresa.

Primeiramente serao mostrados os resultados dos valores das velocidades de refe-

rencia e da velocidade medida no Motor de Ferramentas (Porta Fresa). A condicao ini-

cial sera o motor Porta Fresa operando no sentido Horario, parada e partida, fazendo

desta forma as capturas das formas de onda da velocidade de referencia e da veloci-

dade medida pelo encoder.

As figuras 4.2 e 4.3 mostram as leituras da velocidade de referencia e da velocidade

do motor na saıda do encoder, quando a referencia da velocidade varia de zero para

−1000rpm(rotacao no sentido horario).

Figura 4.2: Leitura da Velocidade de Referencia: degrau de 0 para −1000rpm (sentidohorario).


Figura 4.3: Leitura da Velocidade de Saıda no Encoder, degrau de partida do motor.

Pode-se observar que o motor atinge a velocidade desejada em torno de 0.6s, sem

”overshoot”(sobresinal).

As figuras 4.4 e 4.5 apresentam as leituras da velocidade de referencia e da veloci-

dade do motor no instante em que a referencia e reduzida de −1000rpm para zero.

Pode-se observar que a parada do motor ocorre em 0, 3s e ha uma pequena inversao

de rotacao durante 0, 12s.

Figura 4.4: Leitura da Velocidade de Referencia: degrau de −1000rpm pra zero.


Figura 4.5: Leitura da Velocidade de Saıda no Encoder, parada do motor.

O mesmo procedimento foi feito para o motor girando no sentido anti-horario com

uma velocidade de 1000rpm.

As figuras 4.6 e 4.7 mostram as leituras da velocidade de referencia e da velocidade

do motor para um degrau de 0 para 1000rpm, ou seja no sentido anti-horario.

Figura 4.6: Leitura da Velocidade de Referencia: degrau de 0 para 1000rpm.

As figuras 4.8 e 4.9 representam as leituras da velocidade de referencia e da ve-

locidade do motor para um degrau de 1000rpm para zero.

Pode-se verificar que as formas de onda sao muito semelhantes as obtidas para a

rotacao do motor no sentido horario.


Figura 4.7: Leitura da Velocidade de Saıda no Encoder ao ligar o Motor do Porta Fresa noSentido Anti-Horario.

Figura 4.8: Leitura da Velocidade de Referencia: degrau de 1000rpm zero.

Figura 4.9: Leitura da Velocidade de Saıda no Encoder ao desligar o Motor do Porta Fresano Sentido Anti-Horario.


4.2.2 Malha de Corrente do Motor do Porta Fresa.

Nesta subsecao serao mostrados os resultados dos valores das correntes de referen-

cia e de saıdas referentes ao Motor de Ferramentas (Porta Fresa). A condicao inicial

sera o motor do Porta Fresa operando no sentido horario e aplicando-se um degrau de

referencia variando-se de -1000rpm para zero e retornando para -1000rpm. O Code

Composer captura as formas de onda da corrente de referencia (saıda do controlador

da malha de velocidade) e da corrente no motor. As figuras 4.10 e 4.11 mostram as

leituras da corrente de referencia e da corrente no motor durante a aplicacao de um

degrau de referencia na velocidade de zero para -1000rpm.

Figura 4.10: Leitura da Corrente de Referencia ao ligar o Motor do Porta Fresa no SentidoHorario.

Figura 4.11: Leitura da Corrente de Entrada no ADC ao ligar o Motor do Porta Fresa noSentido Horario.


As figuras 4.12 e 4.13 representam as leituras da corrente de referencia e da corrente

do motor do Porta Fresa durante a aplicacao de um degrau de velocidade de -1000rpm

para zero.

Figura 4.12: Leitura da Corrente de Referencia ao desligar o Motor do Porta Fresa noSentido Horario.

Figura 4.13: Leitura da Corrente na entrada do ADC ao desligar o Motor do Porta Fresano Sentido Horario.

Em ambas as situacoes pode-se observar um pequeno ”overshoot”na corrente do

motor. A corrente e limitada no valor nominal do motor, ou seja 23A.

Pode-se perceber que ha o consumo de uma corrente de uns 2.5A mesmo com o

motor parado e que se deve-se ao atrito seco da Fresadora.


Nas figuras seguintes sao apresentadas os ensaios feitos para variacoes do degrau

de velocidade de zero para 1000rpm(sentido anti-horario) e vice versa.

As figuras 4.14 e 4.15 apresentam a referencia de corrente e a corrente medida

no motor para um degrau de 0 para 1000rpm, enquanto as figuras 4.16 e 4.17 foram

obtidas para um degrau de velocidade de 1000rpm para 0.

Figura 4.14: Leitura da Corrente de Referencia ao ligar o Motor do Porta Fresa no SentidoAnti-Horario.

Figura 4.15: Leitura da Corrente do Motor do Porta Fresa ao liga-lo no Sentido Anti-Horario.


Figura 4.16: Leitura da Corrente de Referencia ao desligar o Motor do Porta Fresa noSentido Anti-Horario.

Figura 4.17: Leitura da Corrente no motor ao desligar o Motor do Porta Fresa no SentidoAnti-Horario.

4.2.3 Malha de Velocidade do Motor da Mesa.

De forma analoga ao que foi desenvolvido para o Motor do Porta Fresa, foi feito

tambem para o Motor de Avanco, (Motor da Mesa).

As figuras 4.18 e 4.19 apresentam a corrente de referencia e a corrente no motor da

Mesa respectivamente, para um degrau de referencia da velocidade de 0 para 1000rpm,

enquanto as figuras 4.20 e 4.21 foram obtidas para uma variacao da velocidade de

referencia de 1000rpm para zero.


Figura 4.18: Leitura da Velocidade de Referencia ao ligar o Motor da Mesa no SentidoHorario.

Figura 4.19: Leitura da Velocidade do motor ao ligar o Motor da Mesa no Sentido Horario.

Figura 4.20: Leitura da Velocidade de Referencia ao desligar o Motor da Mesa no SentidoHorario.


Figura 4.21: Leitura da Velocidade do motor ao desligar o Motor da Mesa no SentidoHorario.

De forma analoga a anterior, sao apresentados os resultados das velocidades de

referencia e da velocidade do motor girando do sentido Anti-Horario em 1000rpm.

As figuras 4.22 e 4.23 mostram a velocidade de referencia e a velocidade do motor da

Mesa para um degrau de referencia de 0 a −1000rpm(sentido anti-horario), enquanto

as figuras 4.24 e 4.25 foram obtidas para um degrau de referencia da velocidade de

−1000rpm para zero.

Figura 4.22: Leitura da Velocidade de Referencia ao ligar o Motor da Mesa no SentidoAnti-Horario.


Figura 4.23: Leitura da Velocidade do motor ao ligar o Motor da Mesa no Sentido Anti-Horario.

Figura 4.24: Leitura da Velocidade de Referencia ao desligar o Motor da Mesa no SentidoAnti-Horario.

Figura 4.25: Leitura da Velocidade do motor ao desligar o Motor da Mesa no Sentido Anti-Horario.


4.2.4 Malha de Corrente do Motor da Mesa.

Nas figuras seguintes e apresentado o desempenho da malha de corrente do motor

da Mesa. Foram feitos ensaios de partida e parada para o motor girando no sentido

horario e anti-horario.

Nas figuras 4.26 a 4.29, o sentido de giro foi o horario enquanto que nas figuras

4.30 a 4.33 foi no sentido de giro anti-horario.

As figuras 4.26, 4.27, 4.30 e 4.31 foram obtidas durante a partida do motor e as

demais figuras foram obtidas durante a parada do motor.

Figura 4.26: Leitura da Corrente de Referencia ao ligar o Motor da Mesa no Sentido Horario.

Figura 4.27: Leitura da Corrente do motor ao ligar o Motor da Mesa no Sentido Horario.


Figura 4.28: Leitura da Corrente de Referencia ao desligar o Motor da Mesa no SentidoHorario.

Figura 4.29: Leitura da Corrente do motor ao desligar o Motor da Mesa no Sentido Horario.

Figura 4.30: Leitura da Corrente de Referencia ao ligar o Motor da Mesa no Sentido Anti-Horario.


Figura 4.31: Leitura da Corrente do motor ao ligar o Motor da Mesa no Sentido Anti-Horario.

Figura 4.32: Leitura da Corrente de Referencia ao desligar o Motor da Mesa no SentidoAnti-Horario.

Figura 4.33: Leitura da Corrente do motor ao desligar o Motor da Mesa no Sentido Anti-Horario.

4.3. Conclusoes 71

4.3 Conclusoes

Neste capıtulo foram apresentados os resultados experimentais do acionamento

dos motores cc da Fresadora Universal FUW250. Os ensaios consistiram na aplicacao

de degraus de velocidade para partida do motor ate a velocidade de 1000rpm e, em

seguida, a referencia foi anulada provocando a parada do motor.

Os ensaios foram feitos para os motores cc girando no sentido horario e anti-horario

e foram levantadas as formas de ondas da velocidade e da corrente dos motores e suas

respectivas referencias. Pode-se notar que o motor do Porta Fresa e o motor da Mesa,

quando em repouso, apresentam pequenas correntes relativas ao termo de conjugado

referente ao atrito seco.

No capıtulo 5 sera apresentado as conclusoes finais e as propostas futuras de

pesquisas que poderao aprimorar a aplicacao do DSP com a maquina Fresadora.

Capıtulo 5

Conclusoes Finais e Propostas para

Continuidade

5.1 Conclusoes Finais

Neste trabalho foi realizada a reforma de uma maquina-ferramenta Fresadora Uni-

versal FUW250 da oficina mecanica do CPDEE. Esta Fresadora foi fabricada na de-

cada de 70 e foi pouco utilizada por ter sido danificada nas enchentes ocorridas na Es-

cola de Engenharia da UFMG. Ao saber da proposta de leiloa-la para sucata, propos-se

o desafio de reforma-la utilizando-se recursos diponıveis na area de eletronica, tanto

na linha de acionamentos eletricos quanto na linha de processamento digital.

O Laboratorio de Eletronica de Potencia do CPDEE, vem desenvolvendo tecnicas

de controle digital aplicado ao controle de conversores estaticos, mais notadamente

na area de UPSs. Procurou-se, entao, encarar o desafio de reformar esta Fresadora,

utilizando-se conhecimentos disponıveis dentro do grupo de pesquisa.

Inicialmente, foi feito um levantamento da parte mecanica e das funcionalidades

da Fresadora. Em seguida foi projetado todo o sistema de acionamento dos dois

motores cc, a CPU com o DSP e suas interfaces.

No projeto optou-se pelo DSP TMS320F2812, o mais moderno DSP da famılia

TMS320C2000 da Texas Instruments. A principal vantagem deste DSP e a possibili-

dade de implementacao do programa de controle em linguagem de alto nıvel, no caso

linguagem C, com todas operacoes matematicas em ponto fixo.

5.2. Propostas para pesquisas futuras 73

Devido as limitacoes construtivas da Fresadora, nao foi possıvel a implementacao

de uma malha de controle de posicao, tendo sido implementadas duas malhas: uma

malha externa controlando a velocidade e a outra mais interna controlando a corrente

dos motores cc. Os controladores de ambas as malhas foram do tipo PI, com saturacao

tanto da saıda do controlador quanto da parcela integral.

Os resultados experimentais comprovam que o controle da maquina Fresadora

funcionou a contento, embora algoritmos de controle mais elaborados possam ser

implementados.

Foram feitos ensaios de partida e parada na Fresadora em ambos os sentidos de

rotacao para os dois motores cc, da Mesa e do Porta Fresa.

Outro ponto importante a ressaltar e que o trabalho permitiu a familiarizacao com

a tecnologia de desenvolvimento utilizando a Plataforma TMS320C2000, especifica-

mente o DSP TMS320F2812.

O proposito principal desse trabalho foi a recuperacao de todas as funcoes opera-

cionais da maquina Fresadora Universal FUW250 aplicando o DSP da famılia 2000 da

Texas Instruments. Desenvolveu uma infraestrutura aplicando-se estudos especıficos

no dimensionamento dos drivers, configuracoes do hardware do DSP, direcionando-os

para a automacao da propria maquina-ferramenta Fresadora Universal.

Conclui-se portanto, que o principal objetivo, que era a recuperacao da Fresadora

Universal FUW250, foi alcancado e trabalhos futuros poderao ser implementados. A

maquina-ferramenta ja vem sendo utilizada e diversas pecas ja foram usinadas.

Esse trabalho foi uma aplicacao direta da engenharia, um desafio que exigiu per-

sistencia, dedicacao e acima de tudo determinacao. Recuperou-se uma maquina ob-

soleta, fabricada na decada de 70, com comandos e controles por reles, em conjunto

com eletronica analogica. O controle de velocidade era feito anteriormente atraves de

resistores que variavam a tensao na armadura dos motores cc.

5.2 Propostas para pesquisas futuras

O desenvolvimento desse trabalho foi basico e consistente na funcionalidade opera-

cional. Desta forma abriu novos horizontes de pesquisas no que se refere as maquinas

CNCs(Comando Numerico Computadorizado) podendo mesclar desenvolvimentos de

softwares de auxılio a projeto(CAD), com as interfaces de comunicacoes do DSP para

implementar malha de posicao para cada eixo. Desta forma, pode-se buscar simila-

ridades com as maquinas CNC mas para isso necessita-se de uma nova proposta de

estudos, reorganizacao e novos projetos na estrutura mecanica da Fresadora.

5.2. Propostas para pesquisas futuras 74

As mudancas estruturais na mecanica da maquina-ferramenta Fresadora seriam a

troca do fuso helicoidal em aco macico para o fuso esferico, adaptacoes de motores

para cada eixo e reguas opticas nas leituras das posicoes dos eixos.

Outra opcao e aplicar modulos de CNCs ja vendidos no mercado internacional

exclusivamente para modernizar essas maquinas que tornaram-se obsoletas. A em-

presa alema Siemens possui as famılias Sinumerik: 802, 810 e 840. A empresa alema

Heidenhain possui os modulos TNC: 410, 426, 430 e 530. A empresa espanhola Fagor

possui os modulos Fagor CNC: 8025, 8040, 8055 e 8070.

Hoje, no Brasil, existem muitas empresas que fazem reformas dessas maquinas-

ferramentas desde de Tornos a Fresadoras. Essas empresas so atuam na parte de

projeto e na parte estrutural mecanica. As empresas brasileiras nao possuem as

tecnologias dos CNCs e acabam adaptando alguns desses modulos da Siemens, da

Heidenhain ou da Fagor de acordo com a estrutura funcional de cada maquina ou

mesmo a propria necessidade do cliente em funcao do custo e benefıcio.

No Apendice E e apresentado um manual basico de operacao da nova maquina

Fresadora Universal FUW250. Este e um manual operacional, objetivo, sucinto e nao

significa que a leitura do mesmo permite um leigo a trabalhar com a Fresadora. As

maquinas-ferramentas, principalmente as Fresadoras, requerem cursos especializados

de usinagem, para aprendizagem dos comandos operacionais.

Referencias Bibliograficas

By SEMIKRON (2003a). IGBT Assemblies SKS20 B2U+B2CI 03V03. Literature

Number: F7PSAP008-01.

By SEMIKRON (2003b). SK 45 GH 063. Literature Number: SCT.

By SEMIKRON (2004a). IGBT Modules SKM 50 GB 123D. Literature Number:

0898 B6-86.

By SEMIKRON (2004b). Medium Power Double IGBT Driver SKHI23/12. Literature

Number: 020826 B14-45.

By SEMIKRON (2004c). SKHI20opA. Literature Number: FC 03.

Ewing, N. e Dulay, F. C. (1947). MANUAL DEL TORNERO FRESADOR. EDITO-

RIAL GLEM, Buenos Aires-Argentina.

Freire, J. M. (1976). Tecnologia Mecanica - Maquinas de Serrar e Furar. Livros

Tecnicos e Cientıficos Editora S.A., Rio de Janeiro-RJ.

Freire, J. M. (1978). Tecnologia Mecanica - Fresadora. Livros Tecnicos e Cientıficos

Editora S.A., Rio de Janeiro-RJ.

Freire, J. M. (1986). Fresadora. Livros Tecnicos e Cientıficos Editora S.A., Rio de

Janeiro-RJ.

Leipzig, D. (1976). Fresadora universal FUW250/IV. In Manual de Instrucciones.

VEB Uhren und Maschinekombinat Ruhla, DDR 5906 Ruhla, Bahnhofstrasse 27,

Republica Democratica da Alemanha.

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MAKRON Books do Brasil Editora Ltda, Rio de Janeiro-RJ.

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506262 Rev.B.

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TMS320C24x DSPs. Literature Number: SPRA771.

Texas Instruments (2002a). TMS320C28x, Event Manager(EV) Peripheral Reference

Guide. Literature Number: SPRU065.

Texas Instruments (2002b). TMS320C28X,Analog-to-Digital Conversor(ADC) Pe-

ripheral Reference Guide. Literature Number: SPRU060.

Texas Instruments (2002c). TMS320C28x,System Control and Interrupts Peripheral

Reference Guide. Literature Number: SPRU078.

Texas Instruments (2003a). Octal Bus Transceivers with 3-state Outputs SN74HC245.

Literature Number: SCLS131D.

Texas Instruments (2003b). TMS320C2812,TMS320C2810 Digital Signal Processors.

Literature Number: SPRS174I.

Texas Instruments (2004a). http://dspvillage.ti.com/docs/dspvillagehome.jhtml.

Disponıvel no item DSP Platforms em C2000 DSPs/Roadmaps, Acesso

em:15/10/2004.

Texas Instruments (2004b). http://dspvillage.ti.com/docs/dspvillagehome.jhtml.

Disponıvel no item DSP Platforms, Acesso em:15/10/2004.

Apendice 78

Apendice A

Fluxograma do Algoritmo

Desenvolvido na Linguagem C

FLUXOGRAMA NAINTERRUPÇÃO

LEITURADOSENCODER´S

“Velocidade dosmotores”

BAC_FUW250

CAP1_QEP1CAP2_QEP2CAP3_QEPI1

(T2CON)

CAP4_QEP3CAP5_QEP4CAP6_QEPI2

(T4CON)

LEITURADOSADC´s

“Corrente dosmotores”

ADCINA0

ADCINA1

(T1CON)

Malhas dasVelocidades

Malhas dasCorrentes

PWM´s detrês níveis

TICON T3CON

CMPR1CMPR2

CMPR4CMPR5

RET

#MONITORAMENTOS#

CHAVES FINS DE CURSOSe

PAINEL DE COMANDOSDO OPERADOR

LEITURA DO TECLADO“Velocidades de Referências

para os motores”

FLUXOGRAMAPRINCIPAL

Figura A.1: Fluxograma do Programa Desenvolvido em C.

Apendice 80

Apendice B

Chopper Eletronico de Quatro

Quadrantes do Motor da Mesa

Figura B.1: Esquematico do modulo inversor PCI B2U+B2CI (By SEMIKRON, 2003a).

Apendice 82

Apendice C

Mapa de Memoria do DSP

TMS320F2812

Figura C.1: Mapa de Memoria do TMS320F2812 (Texas Instruments, 2003b).

Apendice D

Diagramas dos Drivers e

Perifericos para o TMS320F2812

Este apendice mostra todos os diagramas dos drivers e perifericos projetados para o

DSP TMS320F2812. Foi desenvolvido uma placa mae aplicada a maquina Fresadora

Universal FUW250, utilizando como processador o DSP da Texas Instrument da

famılia 2000.

A figura D.1 mostra as configuracoes especıficas nos seus pinos de Funcoes, I/Os

e Alimentacoes. Foi feito toda uma reconfiguracao dos pinos no DSP TMS320F2812

aplicando-os diretamente as necessidades especıficas para a automatizacao da maquina

Fresadora Universal.

A figura D.2 mostra a configuracao da memoria externa CMOS RAM - AS7C1026

de 5V/3.3V 64K x 16 ligada aos barramentos de dados e de enderecos do DSP.

A figura D.3 mostra o diagrama dos drivers dos Comandos e Monitoramento de

falhas aplicados aos Choopers do Motor da Mesa e do Motor do Porta Fresa. Sao

tambem mostrados os diagramas dos sensores de corrente dos Motores e da tensao do

Barremento cc.

A figura D.4 apresenta as interfaces de leitura das chaves-fins-de-curso, coman-

dos do painel do operador e dos comandos para acionarem as embreagens de alta e

baixa velocidades dos Motores cc, todos esses dispositivos sao monitorados pelo DSP

TMS320F2812.

A figura D.5 apresenta o projeto da fonte de alimentacao que gera os +3.3V e

+1.8V para o DSP, os drivers da comunicacao serial 232, e as entradas dos encoders

e do Display.

Apen

dice

84

1 2 3 4 5 6

A

B

C

D

654321

D

C

B

A

Title

Number RevisionSize

B

Date: 17-Mar-2005 Sheet of File: D:\mestradobreno\mestreII\REVISÃOFRESA1409_PROTEL99\revisão3\Fresadora.ddbDrawn By:

XZCS6AND7XRDXWE

+1.8VBLM2

Inductor C12

1uF

C14

0.1uF

C16

0.001uF

C18

10uF

C19

10uFR39

24.9K

+3.3V

BLM1

InductorC11

1uF

C13

0.1uF

C17

0.001uF

C15

0.1uF

+1.8V+3.3V

12

Y1XTAL

C70

24pF

C71

24pF

1 23 45 67 89 1011 1213 14

JP7

XDS510

+5V

R37

10K

R38

10K

+3.3V

+3.3V

DIGITAL SIGNAL PROCESSORS - TMS320F2812 - FRESADORA

IMMIMPFBCC

BCCEXT

ADCINA0174

ADCINA1173

ADCINA2172

ADCINA3171

ADCINA4170

ADCINA5169

ADCINA6168

ADCINA7167

SCIRXDA157

SCITXDA155

XRS160

VDD3VFL69

PWM745

PWM846

PWM947

PWM1048

PWM1149

PWM1250

PWM192

PWM394

T3CTRIP-PDPINTB79

T1PWM_T1CMP102

T2PWM_T2CMP104

T1CTRIP-PDPINTA110

X2

76

T3PWM_T3CMP53

T4PWM_T4CMP55

C4TRIP61

C5TRIP62

C6TRIP63

MCLKXA28

MFSRA29

SPICLKA34

SPISTEA35

SPISIMOA40

SPISOMIA41

TDIRB71

TCLKINB72

CAP4_QEP357

CAP5_QEP459

CAP6_QEPI260

CAP1_QEP1106

CAP2_QEP2107

CAP3_QEPI1109

XZCS0AND144

AD

CIN

B0

2

AD

CIN

B1

3

AD

CIN

B2

4

AD

CIN

B3

5

AD

CIN

B4

6

AD

CIN

B5

7

AD

CIN

B6

8

AD

CIN

B7

9

MC

LK

RA

25

VD

D1

162

AD

CR

EFM

10

AD

CR

EFP

11

AV

SSR

EFB

G12

AD

CR

ESE

XT

16

AD

CB

GR

EFI

N16

4

VD

DA

114

AV

DD

RE

FBG

13

VD

DA

216

6

VD

DA

IO1

VD

DIO

31

VD

DIO

64

VD

DIO

81

VD

DIO

114

VD

DIO

145

VD

D23

VD

D37

VD

D56

VD

D75

VD

D10

0

VD

D11

2

VD

D12

8

VD

D14

3

VD

D15

4

VSS

A1

15

VSS

116

3

VSS

A2

165

VSS

AIO

176

VSS 38VSS 32VSS 19

VSS

153

VSS

142

VSS

129

VSS

120

VSS

113

VSS

105

VSS

99

VSS 86VSS 78VSS 70VSS 58VSS 52

XWE 84XRD 42XZCS6AND7 133XD15 147XD14 139XD13 97XD12 96XD11 74XD10 73XD9 68XD8 65XD7 54XD6 39XD5 36XD4 33XD3 30XD2 27XD1 24XD0 21XA18 158XA17 156XA16 152XA15 148

XA13 141

XA11 132XA10 130XA9 125XA8 121XA7 118XA6 111XA5 108XA4 103XA3 85XA2 80XA1 43XA0 18

TM

S12

6T

DO

127

TD

I13

1T

RST

135

TC

K13

6E

MU

013

7E

MU

114

6

XR

EA

DY

161

XIN

T2_

AD

CSO

C15

1X

NM

I_X

INT

1315

0X

INT

1_X

BIO

149

XF_

XPL

LD

IS14

0T

EST

SEL

134

C3T

RIP

124

C2T

RIP

123

C1T

RIP

122

XC

LK

OU

T11

9T

CL

KIN

A11

7T

DIR

A11

6T

2CT

RIP

_EV

ASO

C11

5PW

M6

101

PWM

598

PWM

495

PWM

293

SCIR

XD

B91

SCIT

XD

B90

CA

NR

XA

89X

ZC

S288

CA

NT

XA

87T

4CT

RIP

/EV

BSO

C83

XH

OL

DA

82T

EST

167

TE

ST2

66

MFS

XA

26M

DX

A22

MD

RA

20X

PM/M

C17

XR

/W51

XH

OL

D15

9

AD

CL

O17

5

XA12 138

XA14 144X

1/X

CL

KIN

77

TMS320F2812

176 Pin PGF LQFP

U9DSP2812

C1PWMC2PWMC3PWMC4PWMC5PWM

C2C1

ERRORSO

ERR

SERIALRXSERIALTX

ECAPFECBPFECOPF

ECAMSECBMSECOMS

DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0

ER/W

RS

ENTERSELECT

LIGAORA

XRS+1.8V

XZCS0AND1

EM

BR

E1

EM

BR

E2

EM

BR

E3

EM

BR

E4

EMBREAGENS

LEITURA DO BARRAMENTO C.Ce CORRENTES NOS MOTORES

RSS232

CONTR. DA FONTE 1.8V e 3.3V

PWM´s e COMANDOS - SEMIKRON

PWM´s e COMANDOS - PLACA DIGITAL - CHOOPER

BARRAMENTOS DE DADOS

PAINEL DIGITAL

COMANDOS DO

ENCODERS MMS e MPF

CONTROLE DO BARRAMENTO

PAINELCONTROLE DA

SRAM

BARRAMENTOS DEDADOS

BARRAMENTO DEENDEREÇOS

LAB. E.P - I

R361K

+3.3V

1 2

JP6

RE

SET

RESET SKHI10FRENAGEM

SKHI23 e SKHI10

ADDRXA[0..17]

DATAXD[0..15]XD0XD1XD2XD3XD4XD5XD6XD7XD8XD9XD10XD11XD12XD13XD14XD15

XA0XA1XA2XA3XA4XA5XA6XA7XA8XA9XA10XA11XA12XA13XA14XA15XA16XA17

VDD3VFL

Figu

raD

.1:C

onfigu

racoesno

TM

S320F

2812.

Apen

dice

85

1 2 3 4 5 6

A

B

C

D

654321

D

C

B

A

Title

Number RevisionSize

B


Memória SRAM AS7C1026 - FRESADORA

LAB. E.P - II

C43

0.1uF

C44

0.1uF

+3.3V

XZCS6AND7XRDXWE

A05

A14

A23

A32

A41

A544

A643

A742

A827

A926

A1025

A1124

A1221

A1320

A1419

A1518

NC22

NC23

WE17

OE41

UB 40LB 39CE6

NC28

GND 34GND 12VCC 33VCC 11I/O15 38I/O14 37I/O13 36I/O12 35I/O11 32I/O10 31I/O9 30I/O8 29I/O7 16I/O6 15I/O5 14I/O4 13I/O3 10I/O2 9I/O1 8I/O0 7

AS7C1026

CMOS RAM

44-pin TSOPII

U15

RAMAS7C1026

DATAXD[0..15]

XD0XD1XD2XD3XD4XD5XD6XD7XD8XD9XD10XD11XD12XD13XD14XD15

XA0XA1XA2XA3XA4XA5XA6XA7XA8XA9XA10XA11XA12XA13XA14XA15XA16XA17

ADDR XA[0..17]

Figu

raD

.2:M

emoria

RA

ME

xtern

apara

TM

S320F

2812.

Apen

dice

86

1 2 3 4 5 6

A

B

C

D

654321

D

C

B

A

Title

Number RevisionSize

B


R8

2.2K

R9

2.2K

R10

2.2K

R11

2.2K

R12

2.2K

R13

2.2K

R14

2.2K

R15

2.2K

R16

2.2K

C5

100nF

C4

10uF

+15V

+5V

C3

0.1uF

+5V

C90.1uF

12345678910

11121314

JP1

Header 7X2

12345678910

11121314

JP2

Header 7X2

12345678910

11121314

JP3

Header 7X2

+3.3V

R1810K

ERRO

ERR

C1PWM

C2PWM

C3PWM

C4PWM

C2

C1

C2

C1

-V4

IN+3 IN-2 OUT 6

REF 5

RG1

RG8 +V 7U5

INA114AP

-V4

IN+3 IN-2 OUT 6

REF 5

RG1

RG8 +V 7U8

INA114AP

8

1

4

3

2

1

U2AOPA2350

R11.8K 10%

R210K 10%

-15V

R4

10K 1%

R5

10K

1%R3

100 1% R6

1.8K

10%

R7

3.01K 1%

C2

0.1uF

C1

0.1uF

+3.3V

-5V

75

6

2

84

U2BOPA2350

R23

10K 1%

C6

0.1uF

+3.3V

8

1

4

3

2

1

U6AOPA2350

R26

18K 1%

R27

10K

1%

R25

100

1%

R28

2.2K

10%

R29

3.01K 1%

C8

0.1uF

C7

0.1uF

+3.3V

-5V

75

6

2

84

U6BOPA2350

R33

10K 1%

C10

0.1uF

+3.3V

R19

1M 1%

R22

1M 1%

R32

1M 1%

R24

1M 1%

R20

7.5K 1%

R21

7.5K 1%

R30

7.5K 1%

R31

7.5K 1%

-15V

+15V

-15V

+15V

IMM

BCC

IMPF

BCCEXT

GERAÇÃO DOS PWM s e MONITORAMENTO DA TENSÃO E CORRENTE NOS MOTORES

C5PWM

LAB. E.P - III

FRENAGEM

BRAÇO IICHOPPER MPF- SEMIKRON

BRAÇO ICHOPPER MPF- SEMIKRON

CHOPPERMMS - DIGITAL

D1Shottky

D2Schottky

D4Schottky

D3Schottky

+3.3V

+3.3V

RESET

R17

2.2K

K1

A2

3

VR

EF

U1

TL431CLP

-5V

123456789

J1

CON9

POT1

Multivoltas - 10kMultivoltas - 10k VCC14 GND 7

A1 Y 2

U3A 7406

3 4

U3B

7406

5 6

U3C

7406

9 8

U3D

7406

11 10

U3E

7406

13 12

U3F

7406

VCC14 GND 7

A1 Y 2

U7A7406

3 4

U7B

7406

9 8

U7D

7406

5 6

U7C

7406

13 12

U7F

7406

RSO

12345678910

JP4

Header 10

+15V

R1X

10K

+3.3V

Dx

3.3V

Dy

BAT42

R1Y

10K

CX100nF

Figu

raD

.3:C

oman

dos

dos

Choop

erse

Leitu

rasde

Corren

tese

Barram

ento

C.C

.

Apen

dice

87

1 2 3 4 5 6

A

B

C

D

654321

D

C

B

A

Title

Number RevisionSize

B


OE19

DIR1

A12 B1 18

A23 B2 17

A34 B3 16

A45 B4 15

A56 B5 14

A67 B6 13

A78 B7 12

A89 B8 11

VCC 20

GND10

U10

MC74HC245AN

OE19

DIR1

A12 B1 18

A23 B2 17

A34 B3 16

A45 B4 15

A56 B5 14

A67 B6 13

A78 B7 12

A89 B8 11

VCC 20

GND10

U11

MC74HC245AN

OE11

A12

A24

A36

A48 Y4 12Y3 14Y2 16Y1 18

Y8 3Y7 5Y6 7Y5 9

GND10

A511

A613

A715

A817

OE219 VCC 20U14

SN74HC244N

B1 1

B2 2

B3 3

B4 4

B5 5

B6 6

B7 7

C116

C314

C413

C512

C611

C710

C215

COM9

E 8

U12

ULN2003AD

+3.3V

C42

0.1uF

+3.3VC41

0.1uF

XRD

XWE

+3.3V

C200.1uF

+3.3V

C380.1uF

C21

0.1uF

C39

0.1uF

C220.1uF

R56100K

R4010K

C230.1uF

R57100K

R4110K

C240.1uF

R58100K

R4210K

C250.1uF

R59100K

R4310K

C260.1uF

R60100K

R4410K

C270.1uF

R61100K

R4510K

C280.1uF

R62100K

R4610K

C290.1uF

R63100K

R4710K

C300.1uF

R64100K

R4810K

C310.1uF

R65100K

R4910K

C320.1uF

R66100K

R5010K

C330.1uF

R67100K

R5110K

C340.1uF

R68100K

R5210K

C350.1uF

R69100K

R5310K

C360.1uF

R70100K

R5410K

+3.3V

R76

180

DS1

R77

180

DS2

R78

180

DS3

R79

180

DS4

R80

180

DS5

R81

180

DS6

R82

180

DS7

+5V Liga/Desliga MPF

Frenagem da MPF

Liga/Desliga Bomba de óleo

Parada de Emergência

C37

0.1uF

R71100K

R5510K

+3.3V

C40

0.1uF

EMBRE1

EMBRE2

EMBRE3

EMBRE4

R72

1K

R73

1K

R74

1K

R75

1K

12345

JP9

+5V

EM

BR

EA

GE

NS

FINS DE CURSOS DA FRESADORA, SINALIZAÇÃO e EMBREAGEMS

LAB. E.P - IV

XZCS0AND1

DATAXD[0..15]XD0XD1XD2XD3XD4XD5XD6XD7

XD8XD9XD10XD11XD12XD13XD14XD15

DATAXD[0..7]XD0XD1XD2XD3XD4XD5XD6XD7

14 GND 7

A1

B2 Y 3

U13A SN74AHCT32N

4

56

U13B

SN74AHCT32N

12

34

56

78

910

1112

1314

1516

JP8

FINS DE CURSOS DA FRESADORA

12

34

56

78

910

1112

1314

1516

JP12

VCC14 GND 7

A1 Y 2

U4A7406

3 4

U4B

7406

5 6

U4C

7406

11 10

U4E

7406

9 8

U4D

7406

13 12

U4F

7406

C2

C1

R7X

1K

R7Y

1K

C2

C1

Figu

raD

.4:D

rivers

de

leitura

do

Pain

elde

Com

ando

eA

cionam

entos

das

Em

breagen

s.

Apen

dice

88

1 2 3 4 5 6

A

B

C

D

654321

D

C

B

A

Title

Number RevisionSize

B


123456789

10111213141516

JP10

Header 16

123456

JP5

Header 6

D5IN4148

C1+ 1

VS+2

C1- 3C2+ 4C2- 5VS-6

T2OUT7

R2IN 8R2OUT9

T2IN 10

T1IN 11

R1OUT12 R1IN 13

T1OUT14

GND 15

VCC16

U16

MAX232D

1 2 3 4 56 7 8 9

11 10

J2RS232

1

2

3

4

5

6

7

8

9

11

10

J3

ENCODER MPF

FONTE DE ALIMENTAÇÃO PARA O DSP, RS232, ENCODERS, CONTR. DO PAINEL DE COMANDO

1

2

3

4

5

6

7

8

9

11

10

J4

ENCODER MMS

C45

0.1uF C46

0.1uF+5V

SERIALRX

C48

0.1uF

C47

0.1uF

SERIALTX

+5V

R83 1K

R90

470

ECAPF

ECBPF

R91

10K

ECOPF

+5V

ECAMS

ECBMS

ECOMS

+5V

DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0

ER/W

RS

ENTERSELECT

LIGAORA

+5V

NC1

NC2

1GND3

1EN4

1IN5

1IN6

NC7

NC8

2GND9

2EN10

2IN11

2IN12

NC13

NC14 NC 162OUT 172OUT 18NC 19NC 20NC 212RESET 221OUT 231OUT 24

NC 15

1FB/NC 25NC 26NC 271RESET 28

TPS767D301

DUAL OUTPUTVOLTAGES

U17 TPSDSP

LED

C77

22uF

C7422uF

C7322uF

C75

22uF

C72

47uF

C76

22uF

C50

0.1uF

C49

0.1uF

R95

10K

R98

4K7

R93

1K

R941K

R97

30.1K 1%R9616.9K 1%

R92

10K

+3.3V

C56

0.1uF

C510.1uF

C520.1uF

+1.8V

+3.3V

XRS

C53

0.1uF

C54

0.1uF

C59

0.1uF

C61

0.1uF

C63

0.1uF

C65

0.1uF

C66

0.1uF

C67

0.1uF

C68

0.1uF

C69

0.1uF

C55

0.1uF

C57

0.1uF

C58

0.1uF

C60

0.1uF

C62

0.1uF

C64

0.1uF

+1.8V

BA

RR

AM

EN

TO

DE

DA

DO

S

DO

PA

INE

L D

IGIT

AL

CO

MA

ND

OS

DO

PA

INE

L

LAB. E.P - V

12345

JP11

+5V

-5V

+15V-15V

+5Vmax

BSSI1MOSFET-N

VDD3VFL

POT2 1k

+5V

C78

0.1uF

14 GND 7

1 2

U18ASN7407N

3 4

U18B

SN7407N

5 6

U18C

SN7407N

9 8

U18D

SN7407N

11 10

U18E

SN7407N

A13 Y 12

U18F

SN7407N

+5V

+5V

Figu

raD

.5:Fon

tede

alimen

tacao,E

nco

ders

eD

isplay.

Apendice E

Manual Basico de Operacao da

Fresadora Universal FUW250

Este apendice apresenta um manual basico dos comandos operacionais da maquina

ferramenta FUW250. A figura E.1 mostra o novo painel de comandos da Fresadora

FUW250, onde cada comando e especificado de forma suscinta e objetiva em sub-

figuras. Este apendice nao tem o objetivo de formar o leitor apto a manusear a

Fresadora, ou seja, nao e um curso de operacao profissional o qual requer referencias

tecnicas e conhecimentos especıficos a cada conjunto de operacoes.

Figura E.1: Painel de Comandos da Fresadora Universal FUW250.

Apendice 90

Figura E.2: Liga/Desliga o Motor Porta Fresa.

Este conjunto de botoeiras, apresentado na figura E.2, energiza a maquina da fre-

sadora e comanda a parada de emergencia em caso de falhas operacionais ou eletroni-

cas. O acionamento geral e feito pelo botao verde e a parada de emergencia e realizada

pela trava giratoria de cor vermelha.

Figura E.3: Liga/Desliga o Motor Porta Fresa.

A figura E.3 mostra o comando liga e desliga o Motor do eixo Porta Fresa que e

responsavel pelo acionameto das ferramentas de corte (fresas). Essas ferramentas sao

acopladas no eixo principal ou no mandril.

Figura E.4: Sentido de Rotacao do Motor Porta Fresa.

Este comando e uma chave seletora com tres posicoes, diretamente ligada ao co-

mando do Motor do Porta Fresa, representado pela figura E.4. Quando a chave estiver

Apendice 91

na posicao central, o motor do Porta Fresa estara parado, sem giro no eixo, indepen-

dente da velocidade configurada no Painel Digital. Para a chave posicionada em uma

das extremidades faz com que o Motor do Porta Fresa gira no sentido horario ou no

anti-horario com mesma velocidade configurada no Painel Digital.

Figura E.5: Travamento do eixo do Motor Porta Fresa.

A figura E.5 refere-se o comando de travamento do eixo do motor do Porta Fresa,

que e acionado para travar o eixo do Motor para que ocorra a troca de ferramenta

no eixo principal, ou mandril. Este comando e um mecanismo de seguranca para o

operador trocar algum tipo de ferramenta. Este comando somente sera habilitado se

a chave seletora de rotacao do Motor do Porta Fresa estiver na posicao central, figura

E.4 e, desta forma, o motor estara parado.

Figura E.6: Liga/Desliga a luminaria da Mesa.

A figura E.6 mostra a chave Liga/Desliga da iluminaria que esta em um suporte

flexıvel direcionado a um objeto de trabalho colocado sobre a mesa.

Figura E.7: Liga/Desliga a Bomba de Oleo Refrigerante a peca em usinagem.

Apendice 92

A figura E.7 representa o comando responsavel por ligar/desligar a bomba de

oleo refrigerante que e acionado em trabalhos de usinagens mais pesados, nos quais

exige-se uma refrigeracao no corte ou de fresamento.

Figura E.8: Avanco Rapido da Mesa ou do Braco.

A figura E.8 apresenta um comando que e uma chave normalmente aberta, e

quando acionada faz com o motor da Mesa girar no valor nominal de velocidade

2900rpm, inibindo qualquer outra configuracao previa do Painel Digital. Quando

precionada, faz com que o motor da Mesa gire em velocidade maxima no sentido em

que o acomplamento mecanico estiver comandado.

Figura E.9: Modos de Operacao do Motor da Mesa.

A chave seletora possui tres posicoes que direcionam os tres modos de operacao:

Modo Padrao, Modo Avanco/Retrocesso Automatico, Modo Helicoidal, respectiva-

mente apresentados na figura E.9. Nesta maquina, configurou-se apenas o modo

Padrao que representa a operacao normal nos tres eixos com livre acomplamento

mecanico dos eixos. Desta forma, pode-se selecionar um dos eixos como o principal e

os demais como secundarios. Com esse conjunto de manobras pode-se realizar varias

combinacoes operacionais.

Apendice 93

Figura E.10: Comando no Display Digital das Velocidades do Motor da Mesa e do Motordo Porta Fresa.

A figura E.10 mostra o display com dois botoes normalmente abertos os quais

fazem a selecao das velocidades para os motores e a confirmacao do valor. A selecao

de velocidade e feita pela tecla verde que varre todo o pacote de velocidades para

cada motor. Essa tecla realiza a selecao de velocidade no Display. A tecla preta faz

a confirmacao do valor no campo especıfico do Motor da Mesa ou do Motor do Porta

Fresa, alem de mudar de campo para a proxima configuracao. Esta tecla confirma a

entrada do dado apresentado no Display.

A figura E.11 mostra a vista da Fresadora Universal FUW250, com painel de

Comandos e os tres acomplamentos mecanicos. Os acomplamentos mecanicos sao

representados pelas tres alavancas distintas a cada eixo X, Y e Z. A operacao dos

acomplamentos foi configurada da seguinte forma:

- O primeiro eixo acoplado, seja X, Y ou Z, torna-se o eixo principal e os outros

eixos tornam-se secundarios.

- O eixo principal e a referencia para a operacao dos demais eixos. O eixo principal

e bidirecional, faz a manobra de ida e volta, caso seja, em um dos eixos X ou Z,

ou faz a manobra de subida e descida, caso seja o eixo Y.

- Um eixo secundario so movimenta-se em uma direcao, dependendo de como o

eixo principal esta acoplado. Exemplo: Se o eixo principal for o eixo X, e a mesa

estiver no sentido de ida (para a esquerda), os eixos Y e Z sao os secundarios,

e so poderao ser acoplados no sentido de subida e para frente, respectivamente.

Caso contrario a maquina para por seguranca, ate que acerte o acomplamento

correto. As combinacoes dos outros eixos como principal ocorrem de forma

analoga.

- As restricoes de acoplamentos mecanicos sao proprias concepcao da maquina

Fresadora, que possui apenas um motor para os tres eixos. Esse motor e deno-

minado de Motor da Mesa, o qual possui apenas um mecanismo de transmissao

de velocidade comum aos tres eixos, sendo que cada um possui seu acoplamento.

Figura E.11: Vista da Fresadora e seus Acomplamentos Mecanicos nos Tres Eixos.

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