Soluções — Grupo I

1. V — O V90 opera nos modos: PTI (control de posição por pulsos), Speed Control (referência analógica de velocidade) e PROFINET com os modos completos (posição, velocidade, binário).
2. V — p0304 = tensão nominal do motor (em Volt). É um dos parâmetros obrigatórios a configurar no início do comissionamento.
3. V — Este é exactamente o procedimento de Ziegler-Nichols de "Loop Oscillation Method": eliminar I e D, aumentar Kp até oscilação sustentada, registar Ku e Tu.
4. F — Ti elevado significa que a constante de tempo da acção integral é grande → a integral age de forma mais lenta (menos agressiva). Para maior agressividade da acção integral, reduzir Ti.
5. V — PROFINET IRT (Isochronous Real-Time) é a variante de tempo real da Siemens, com ciclos de 250 µs para aplicações de controlo de movimento preciso.
6. V — Um perfil trapezoidal tem: rampa de aceleração (aceleração constante) → velocidade máxima constante (platô) → rampa de desaceleração (desaceleração constante). É o perfil mais simples e comum em aplicações industriais.
7. V — STO é uma função de segurança certificada SIL2 (IEC 62061) e PLd (EN ISO 13849-1). Permite paragem segura do motor sem necessidade de cortar a alimentação do drive.
8. V — Para eixos verticais: travão deve LIBERTAR quando o drive está em operação normal (enable + sem fault) e TRAVAR quando o drive desliga (fault, STO, E-STOP). Assim, em caso de falha do drive, a carga fica travada mecanicamente.
9. F — O autotuning do V90 pode ser realizado com a carga acoplada (e é mesmo recomendado assim para obter ganhos adequados para a inércia real do sistema). Desacoplado, os ganhos calculados seriam para uma inércia muito menor e poderiam ser excessivos com a carga.
10. F — Settling time elevado indica tipicamente que o sistema está subamortecido com oscillação lenta (Kp baixo, ou Ti demasiado alto) ou que o sistema é sobreamortecido (Kp muito baixo). Td alto tende a reduzir o settling time (amortece oscilações).

Soluções — Grupo II

a) Instalação passo a passo:

1. Recepção e verificação: - Verificar que o drive V90 corresponde à referência do motor (power matching) - Verificar integridade física (sem danos de transporte) - Verificar que o motor tem o tipo de encoder correcto (EnDat, Hiperface, ou incremental)

2. Montagem mecânica: - Montar o drive no painel eléctrico (perfil DIN ou fixação directa) - Montar o motor no eixo X da máquina - Instalar o acoplamento motor-fuso (acoplamento rígido ou de disco flexível) - Verificar alinhamento motor-fuso antes de fixar definitivamente

3. Cablagem de potência: - Ligar a alimentação AC (L1, L2, L3, PE) ao drive - Ligar o cabo motor blindado (U, V, W, PE) do drive ao motor - Blindagem do cabo motor: conector 360° ao drive E à carcaça do motor

4. Cablagem do encoder: - Ligar o conector do encoder do motor ao conector X8 do V90 (conector standard Siemens) - Verificar que a blindagem está ligada ao PE no drive (não no motor) - Não cruzar com o cabo de potência (mínimo 20 cm de distância)

5. Cablagem de comando: - Ligar alimentação 24V DC ao drive (electrónica) - Ligar PROFINET do V90 ao switch/PLC - Ligar entradas digitais: STO1, STO2 (função de segurança) - Ligar saída de Ready (DOut: drive pronto)

6. Cablagem do travão (se existir): - Ligar o travão de retenção (24V DC) através de relé de controlo - Lógica: relé activado (travão liberto) quando drive em enable E sem fault

b) Parâmetros a configurar:

c) Procedimento de teste funcional:

1. Verificar ausência de alarmes na inicialização (BOP display)
2. Testar comunicação PROFINET: verificar LEDS no conector e no TIA Portal
3. Modo jog (lento): mover o eixo em ambos os sentidos ±10% da velocidade nominal
4. Verificar direcção de movimento (sentido positivo da referência = sentido correcto)
5. Testar fins de curso de hardware: mover até ao fim de curso; verificar paragem
6. Executar movimento de posicionamento de teste: X=0 → X=100mm → X=0
7. Medir erro de posição real (encoder vs. posição programada)
8. Testar STO: desligar STO1 → motor deve ficar sem binário; restaurar → motor retoma

Soluções — Grupo III

a) Avaliação da resposta:

Para uma máquina de marcação laser: - Overshoot de 16% → aceitável mas pode ser melhorado (a lasagem teria que esperar pelo assentamento) - Tempo de subida 0,4 s → adequado para maioria das aplicações de marcação - Tempo de assentamento 2,5 s → lento para produção (cada posicionamento leva 2,5 s)

Veredicto: A resposta precisa de melhorias no amortecimento (reduzir overshoot e settling time) mantendo a velocidade de resposta.

b) Parâmetros PID por Ziegler-Nichols:

Ku = 200; Tu = 0,08 s

Para servo de posicionamento, usar o PID completo: - Kp = 120 - Ti = 0,040 s - Td = 0,010 s

Nota: Ziegler-Nichols tende a dar sistemas ligeiramente subamortecidos. Começar com estes valores e ajustar.

c) Redução do overshoot de 16% para < 5%:

Estratégia:

1. Aumentar Td de 0,010 s para 0,020–0,030 s → amortecer a resposta sem reduzir Kp
2. Se insuficiente, reduzir ligeiramente Kp (de 120 para 100) → reduz agressividade mas mantém velocidade adequada
3. Verificar Ti (0,040 s) → está correcto; manter

Procedimento passo a passo: 1. Começar com Kp=120, Ti=40ms, Td=10ms (Ziegler-Nichols) 2. Aplicar degrau de 50mm; medir overshoot 3. Se overshoot > 5%: aumentar Td em 20% (12ms); repetir degrau 4. Repetir até overshoot < 5% 5. Verificar que settling time não aumentou excessivamente

d) Erro estacionário permanente de +0,5 mm:

Um erro estacionário (steady-state error) significa que o controlador não consegue corrigir totalmente o erro final. Isto ocorre quando: - A componente proporcional (Kp) é muito pequena para corrigir o erro residual - Ou a componente integral é insuficiente para eliminar o erro

Ajuste: Reduzir Ti (aumentar a acção integral) → a integral acumula o erro ao longo do tempo e eventualmente o corrige completamente.

Alternativa: Verificar se existe atrito estático (stiction) na guia linear → o erro de 0,5 mm pode ser causado por atrito que o servo não consegue superar com a força residual do proporcional → aumentar Kp ou reduzir o atrito mecânico.