Controlo elétrico de pontes rolantes: da arquitetura do sistema à resolução de avarias — Guia completo sobre o controlo anti-oscilação por PLC com variador de frequência
📌 Gama completa de sistemas de controlo elétrico para pontes rolantes Abrange cinco temas principais: conceção da arquitetura do sistema elétrico, configuração dos parâmetros do variador de frequência, ligação em rede do PLC e do PROFINET, controlo eletrónico anti-oscilação e resolução de avarias elétricas. O conjunto completo de cinco artigos está organizado de acordo com o fluxo de trabalho de conceção: arquitetura do sistema → parâmetros do variador → ligação em rede do PLC → controlo anti-oscilação → resolução de avarias, constituindo um sistema de conhecimentos completo, desde a conceção até à manutenção.
A série completa sobre o sistema de controlo elétrico de pontes rolantes é composta por 5 artigos, organizados de acordo com o fluxo de trabalho de conceção: arquitetura do sistema → parâmetros do variador de frequência → rede de PLCs → controlo anti-oscilação → resolução de avarias. A imagem abaixo apresenta uma síntese da estrutura desta série, mostrando a distribuição dos conteúdos principais de cada artigo. As normas fundamentais abordadas nesta série incluem a GB/T 5226.1-2019-2019 «Segurança elétrica de máquinas», GB/T 15969.1-2017.2-2008-2008 «Controladores Programáveis» e IEC 61784-1:2019 «Redes de Comunicação Industriais». A plataforma de hardware baseia-se principalmente nos PLC Siemens S7-1200/1500 e nos variadores G120, abrangendo cenários de aplicação completos, desde pontes rolantes de viga única com capacidade inferior a 10 t até pontes rolantes de viga dupla com capacidade superior a 16 t. Todos os produtos de pontes rolantes da Krude Heavy Industry são concebidos e produzidos de acordo com as normas técnicas desta série.
Visão geral da série de artigos sobre o controlo elétrico das pontes rolantes
Navegação pela série de artigos
Esta série está organizada de acordo com o processo de conceção do sistema de controlo elétrico das pontes rolantes, pelo que se recomenda a sua leitura por ordem de numeração. Comece por adquirir uma visão global a partir da arquitetura do sistema, aprofunde-se depois em aspetos específicos, como os parâmetros do variador de frequência e a ligação em rede do PLC, e, por fim, consolide as suas competências de aplicação prática através do capítulo dedicado à resolução de avarias. Todos os produtos para pontes rolantes da Krude Heavy Industry são fabricados em estrita conformidade com este processo de conceção, garantindo que cada equipamento seja submetido a uma verificação completa de segurança elétrica.
① Método de 5 passos para a conceção do sistema elétrico de pontes rolantes — Uma arquitetura completa de três camadas, desde o circuito principal até ao circuito de segurança. Abrange quatro fases: o traçado do circuito principal, a atribuição de E/S do circuito de controlo, a proteção de três níveis do circuito de segurança, a rede de comunicação PROFINET e a colocação em funcionamento da máquina completa.
② Tabela de configuração dos parâmetros do variador de frequência da grua — Configuração das curvas de velocidade e dos modos de controlo dos carros de elevação principais e secundários. Autoajuste do motor, velocidade em vários níveis/comando de velocidade analógico, curvas de aceleração e desaceleração em S, sequência de interbloqueio de travagem e parâmetros das funções de proteção.
③ Controlo por PLC de pontes rolantes: desde a seleção do modelo até à configuração da rede — Configuração do S7-1200 e solução de comunicação PROFINET. Seleção do PLC (S7-1200 vs S7-1500), conceção da tabela de pontos de E/S, configuração dos dispositivos PROFINET, interface HMI e integração com o sistema de nível superior.
④ Manual de controlo da oscilação de cargas em pontes rolantes — Princípios do sistema eletrónico anti-oscilação e métodos de ajuste de parâmetros. Método de modelagem de entrada com modeladores ZV/ZVD, controlo PD em circuito fechado, cálculo do período de oscilação T = 2π√(L/g) e soluções com encoders/sensores de visão.
⑤ Prática de diagnóstico de avarias elétricas em pontes rolantes — Registo completo de alarmes do variador de frequência, interrupções do PLC e falhas dos sensores. Resolução de falhas de sobrecorrente F30021/sobrecarga do motor F30011, diagnóstico da comunicação PROFINET e tratamento de falhas no encoder e nos limitadores.
💬 Comentário do responsável técnico da Krued Heavy Industry:
“A conceção do sistema de controlo elétrico das pontes rolantes deve dar prioridade à segurança. A Krude Heavy Industry segue rigorosamente, nos seus projetos reais, a arquitetura de proteção de três níveis dos circuitos de segurança prevista na norma GB/T 5226.1-2019, ao mesmo tempo que assegura um controlo coordenado e eficiente entre o PLC e o variador de frequência através da comunicação PROFINET. Desde pontes rolantes de viga única de 10 t até pontes rolantes de viga dupla de 50 t, este sistema tecnológico completo foi validado ao longo de muitos anos de prática, sendo atualmente a solução mais madura e fiável.”
—— Responsável Técnico pelos Sistemas Elétricos da Krued Heavy Industry
Recomendações relacionadas
O sistema de controlo elétrico das pontes rolantes está intimamente relacionado com o controlo de velocidade por variador de frequência e o controlo anti-oscilação. Os artigos seguintes podem servir como leitura complementar a esta série:
Conceção e execução de esquemas elétricos de pontes rolantes: análise completa dos circuitos principais, de controlo e de segurança — Análise aprofundada do sistema elétrico com base nos esquemas elétricos, abrangendo o traçado do circuito principal de 380 V CA, os sinais do circuito de controlo de 24 V CC e a proteção da ligação direta do circuito de segurança.
Manual de manutenção de gruas: desde a lubrificação diária até aos intervalos padrão para a substituição de componentes essenciais — O sistema elétrico é uma das seis principais componentes de manutenção e inclui normas de manutenção elétrica, tais como a limpeza do quadro de comando, o aperto dos terminais e os testes de isolamento.
Perguntas frequentes (FAQ)
P: Qual é a sequência de conceção do sistema de controlo elétrico de uma grua?
Resposta: Recomenda-se que o sistema de controlo elétrico das pontes rolantes seja concebido seguindo um método de 5 etapas: 1.ª etapa – conceção do circuito principal (alimentação elétrica → disjuntor → reator → variador de frequência → motor); 2.ª etapa – conceção do circuito de controlo (PLC → E/S → relé → sinais periféricos), 3.º passo: conceção do circuito de segurança (paragem de emergência → limitadores → relé de segurança → redundância de dupla travagem), 4.º passo: conceção da rede de comunicações (PROFINET → IHM → computador superior), 5.º passo: colocação em funcionamento do equipamento completo (verificação ao ligar → sem carga → com carga → verificação de segurança).
P: Como se definem os parâmetros do variador de frequência do sistema elétrico da grua?
Resposta: A configuração dos parâmetros do variador de frequência da grua divide-se em três etapas: ① Autoajuste dos parâmetros do motor (após a introdução dos parâmetros da placa de identificação, é executado o ajuste estático ou dinâmico); ② Definição da curva de velocidade (velocidade em vários segmentos, de 4 a 8 segmentos, ou comando analógico; tempos de aceleração e desaceleração na elevação de 2 a 4 s/4 a 6 s; arco em S de 0,2 a 0,5 s); ③ Parâmetros de travagem e proteção (sequência de interbloqueio do travão, travagem por injeção de corrente contínua + resistência de travagem, proteção contra sobrecarga Classe 10). O variador de frequência de elevação de uma grua de 10 t tem, de série, 11 kW; o variador do carro principal tem 2 × 3 kW e o do carro auxiliar tem 1,5 kW.
P: Quais são as avarias mais comuns no sistema elétrico das pontes rolantes?
Resposta: Proporção das avarias mais comuns no sistema elétrico das pontes rolantes: sobrecorrente no variador de frequência (F30021) representa 40%, sobrecarga do motor (F30011) representa 25%, interrupção da comunicação PROFINET representam 15%, quebra do cabo do codificador (F7900) representam 10% e outros (falta de fase/ligação à terra/sobretensão) representam 10%. A sequência de verificação é a seguinte: verificar primeiro a alimentação, depois a comunicação, seguidamente os sensores e, por último, a configuração dos parâmetros. Recomenda-se a criação de um registo de avarias para análise estatística trimestral e a definição de medidas preventivas.
P: Como se implementa o controlo anti-oscilação de uma grua?
Resposta: O controlo anti-oscilação das pontes rolantes divide-se em dois métodos: o método de modelagem de entrada e o método de controlo em circuito fechado. O método de modelagem de entrada não requer sensores; decompõe o comando de aceleração numa sequência de impulsos com intervalo T/2 (metade do período de oscilação), de modo a que as oscilações se anulem mutuamente, resultando numa oscilação residual de ±30 a 80 mm. O método de controlo em circuito fechado deteta em tempo real o ângulo de oscilação através de um codificador ou de um sensor de visão e, através de um controlador PD, corrige o valor de referência da velocidade, resultando numa oscilação residual de ±15 a 30 mm. Recomenda-se a utilização do método de modelagem de entrada para pontes rolantes com capacidade inferior a 10 t e do método de controlo em circuito fechado para aplicações de alta precisão.
P: Qual é a sequência de conceção do sistema de controlo elétrico de uma grua?
Resposta: Recomenda-se que o sistema de controlo elétrico das pontes rolantes seja concebido seguindo um método de 5 etapas: 1.ª etapa – conceção do circuito principal (alimentação elétrica → disjuntor → reator → variador de frequência → motor); 2.ª etapa – conceção do circuito de controlo (PLC → E/S → relé → sinais periféricos), 3.º passo: conceção do circuito de segurança (paragem de emergência → limitadores → relé de segurança → redundância de dupla travagem), 4.º passo: conceção da rede de comunicações (PROFINET → IHM → computador superior), 5.º passo: colocação em funcionamento do equipamento completo (verificação ao ligar → sem carga → com carga → verificação de segurança).
P: Como se definem os parâmetros do variador de frequência do sistema elétrico da grua?
Resposta: A configuração dos parâmetros do variador de frequência da grua divide-se em três etapas: ① Autoajuste dos parâmetros do motor (após a introdução dos parâmetros da placa de identificação, é executado o ajuste estático ou dinâmico); ② Definição da curva de velocidade (velocidade em vários segmentos, de 4 a 8 segmentos, ou comando analógico; tempos de aceleração e desaceleração na elevação de 2 a 4 s/4 a 6 s; arco em S de 0,2 a 0,5 s); ③ Parâmetros de travagem e proteção (sequência de interbloqueio do travão, travagem por injeção de corrente contínua + resistência de travagem, proteção contra sobrecarga Classe 10). O variador de frequência de elevação de uma grua de 10 t tem, de série, 11 kW; o variador do carro principal tem 2 × 3 kW e o do carro auxiliar tem 1,5 kW.
P: Quais são as avarias mais comuns no sistema elétrico das pontes rolantes?
Resposta: Proporção das avarias mais comuns no sistema elétrico das pontes rolantes: sobrecorrente no variador de frequência (F30021) representa 40%, sobrecarga do motor (F30011) representa 25%, interrupção da comunicação PROFINET representam 15%, quebra do cabo do codificador (F7900) representam 10% e outros (falta de fase/ligação à terra/sobretensão) representam 10%. A sequência de verificação é a seguinte: verificar primeiro a alimentação, depois a comunicação, seguidamente os sensores e, por último, a configuração dos parâmetros. Recomenda-se a criação de um registo de avarias para análise estatística trimestral e a definição de medidas preventivas.
P: Como se implementa o controlo anti-oscilação de uma grua?
Resposta: O controlo anti-oscilação das pontes rolantes divide-se em dois métodos: o método de modelagem de entrada e o método de controlo em circuito fechado. O método de modelagem de entrada não requer sensores; decompõe o comando de aceleração numa sequência de impulsos com intervalo T/2 (metade do período de oscilação), de modo a que as oscilações se anulem mutuamente, resultando numa oscilação residual de ±30 a 80 mm. O método de controlo em circuito fechado deteta em tempo real o ângulo de oscilação através de um codificador ou de um sensor de visão e, através de um controlador PD, corrige o valor de referência da velocidade, resultando numa oscilação residual de ±15 a 30 mm. Recomenda-se a utilização do método de modelagem de entrada para pontes rolantes com capacidade inferior a 10 t e do método de controlo em circuito fechado para aplicações de alta precisão.
