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PLC Forum


assi asserviti con precisione


effebi

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Salve a tutti,

torno su questo forum dopo una lunga assenza (molti anni all'estero, ecc.) e vedo con piacere che e' piu' bello di prima :).

Dunque il mio quesito e' questo: 

Sto valutando  di riprogettare un macchinario che attualmete utilizza un controllo proprietario per comandare due assi slave asserviti ad uno master. Tale controllore, che conosco abbastanza bene nelle sue diverse iterazioni, si basa essenzialmente  su vecchi PLL analogici con frequenze dei loop di diversi MHz.Il controllo e' solo di velocita' su tutti e tre gli assi.

 

Mi priacerebbe ora  utilizzare un Motion controller e dei motor drive commerciali, magari connessi con un bus veloce tipo EtherCAT.  Le dinamiche sono basse (avviamenti e fermate  lenti,  decine di secondi) e le velocita' una volta scelte all'inizio in un range abbastanza ampio (20 dB,  o ad esempio tra 100 e 1000 giri) non cambiano mai durante la lavorazione.  Fin qui tutto abbastanza facile. Fondalmentalmente vedo due sfide: 

 

1) E' richiesto che la precisione di aggancio del primo asse slave  al master sia dell'ordine di 4 cifre significative, o migliore. In pratica, ad esempio l'asse master puo' girare a 1200 rpm ma l'asse secondario deve seguirlo a qualcosa tipo 1137. Non importa se l'asse master sgarra di un +-  2% in velocita', ma l'asse slave lo deve seguire di conseguenza. L'asse master e' dotato di encoder di precisione (10.000 impulsi reali su due fronti) direttamente sull'albero di uscita ed eventualmente puo' avere un econder anche  sul motore. Ho visto soluzioni utilizzanti un buon inverter vettoriale senza encoder ed altre con un servomotore dotato del suo encoder integrato, con prestazioni assimilabili. L'asse assevito normalmente ha encoder solo sul motore e parte solo quando il master e' gia' a regime. Il transitorio di aggancio deve essere il piu breve possibile, ma in prima istanza possimo trascurare questo problema.

 

2)Per il secondo asse slave e' richiesta una precisione di aggancio "solo" della 3a cifra (o se volete 1/1000). Purtroppo, date le caratteristiche di questo asse, e' richiesto che il comando avvenga tramite un treno di impulsi con frequenze attorno ai 50 KHz., agganciato alla velocita' di rotazione dell'asse principale.L'amplificatore e' necessariamnete proprietario. Questo asse (in realta' una specie di attuatore) e' completamente open loop. Questo asse parte assieme al master e il transitorio di aggancio non e' un problema.

 

La mia domanda e' solo se qualcuno ha esperienza con controlli di questo genere usando controllori commerciali (e se si quali), a livello di fattibilita'. Stiamo parlando di potenze piccole, dell' ordine di 1kW, e di coppie parimenti piccole, dell'ordine di 10 N m. L'importante, ancora, e' la precisione di aggancio e il range di frequenza degli impulsi nel secondo caso. 

Spero di essere stato chiaro abbastanza, altrimenti chiedete pure.

 

Grazie a tutti quelli che vorranno intervenire.

 

 

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ciao

se devi usare motori e servoazionamenti i nuovi  , la scelta è vasta.

Quote

. Purtroppo, date le caratteristiche di questo asse, e' richiesto che il comando avvenga tramite un treno di impulsi con frequenze attorno ai 50 KHz.,

devi per forza usare il treno d'impulsi ?

 

ti serve un sistema con plc o solo motion che poi integrerai con un plc esistente ?

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SI, si parla di nuovo e possibilmente top, che rimanga al passo con i tempi per un paio d'anni. ;)

E  SI il treno di impulsi e' assolutamete necessario per il funzionamento di quel peculiare attuatore.

Per quanto riguarda l'integrazione con PLC la domanda e' molto interessante. Al momento NON c'e' alcun PLC (tutto avviene con elettroniche fatte in casa FPGA based  + un PC x HMI e data flow) ma si stava pensando ti metterne uno, magari semplice, per  gestire almeno quel poco di I/O di contorno che c'e' nella macchina. 

Qiundi ancora SI, sarebbe preferibile un sistema con PLC  se e SOLO se questo non inficia le prestazioni di controllo. Tieni presente che le esigenze di automazione sono minime (portiere, movimenti secondari on/off, ecc.). Si potrebbe anche pensare di passare l' HMI sul PLC, altrimenti questo dovrebbe essere interfacciato con il PC,ma stiamo divagando dal problema principale ,  IL CONTROLLO.

 

Grazie molte  per le interessanti domande. Mi conforta sapere che la scelta e' "vasta" ,  basandomi su esperienze passate credevo proprio di NO.

 

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SandroCalligaro
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si basa essenzialmente  su vecchi PLL analogici con frequenze dei loop di diversi MHz

Sarei davvero curioso di vedere uno schema o qualche foto delle schede! Forse perché sono relativamente giovane in questo campo, mi viene sempre difficile immaginare controlli del genere in analogico, anche se so che esistevano.

 

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E' richiesto che la precisione di aggancio del primo asse slave  al master sia dell'ordine di 4 cifre significative, o migliore. In pratica, ad esempio l'asse master puo' girare a 1200 rpm ma l'asse secondario deve seguirlo a qualcosa tipo 1137

Non ho capito che precisione occorra nell'inseguimento. Hai scritto 4 cifre significative, ma (1200-1137)/1200 è un errore >5%... :)

 

Non ho capito che tipo di motori sia montato ora, e se l'intenzione sia quella di mantenerli o sostituirli.

 

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E' richiesto che la precisione di aggancio del primo asse slave  al master sia dell'ordine di 4 cifre significative, o migliore. In pratica, ad esempio l'asse master puo' girare a 1200 rpm ma l'asse secondario deve seguirlo a qualcosa tipo 1137

 

Questa non mi pare precisione, ma risoluzione.

Un errore minore, molto minore, di quello che hai indicato è il minimo sindacale per un asse elettrico che sia degno del nome. Quella precisione la si otteneva tranquillamente anche in analogico con reazione da dinamo tachimetrica.

Oggi con una regolazione numerica si può fare tranquillamente +/- 2 rpm, con errore instantaneo minore di +/- 5rpm

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SandroCalligaro
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Oggi con una regolazione numerica si può fare tranquillamente +/- 2 rpm

Con encoder l'errore sulla velocità media a regime dipende praticamente solo dall'accuratezza del clock del microcontrollore, quindi con un quarzo direi entro qualche centinaio di ppm.

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Eccomi, sulla precisione,o risoluzione come correttamente mi fa notare Livio (ben ritrovato!) :

4 cifre intendo una parte su 9999 o 0.01 %..

Il "rapporto" tra le due velocita' che io infilo come parametro (nel mio caso il divisore di un loop PLL) e' un numero a 4 cifre, e deve essere rispettato +- 1 cifra.

quindi se un asse primario va a 1000 ed il rapporto e' 1.137 l'asse asservito deve andare a 1137 +-1 .

Cerchiamo di lavorare sempre a regime, a velocita' dell'asse primario comunque costante, ma la tolleranza massima (istantanea) e' quella. Purtroppo non ci possiamo accontentare di valori medi durante la lavorazione.

 

Per Sandro, ancora: I PLL, sono ancora essenzialmente un circuito analogico, che viene inserito al livello di componente all'interno di circuiti prettamente digitali. I PLL puramente digitali (senza nessun componente analogico o mixed signal)  sono ancora una cosa abbastanza nuova, che fino ad una decina di anni fa erano ancora oggetto di ricerca (Vedi ad es. Antonio Catello De Rosa). Si possono fare anche completamente in SW, ma le velocita' ottenibili non sono gran che. Purtroppo non posso attaccarti schemi completi, ma se riesco ti tiro fuori un estratto.

 

Grazie a tutti e due, comunque non mi e' ancora chiaro se si puo' fare, e se si con che tipo (se non mi potete dire il modello/marca) di attrezzi sul mercato.

 

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E  SI il treno di impulsi e' assolutamete necessario per il funzionamento di quel peculiare attuatore.



 

non puoi proprio cambiare motore ?

se cambi il motore , legare i motori  che hanno una risoluzione encoder di oltre 4 milioni di impulsi é un gioco da ragazzi...

si usano bus che vanno a 150 MB/sec e l'errore di inseguimento alla velocità che hai detto è inesistente.

Se proprio  non puoi  cambiarlo allora  devi usare l'encoder in uscita da servo (se lo ha) e darlo al motion , o nel caso peggiore , aggiungere un encoder.

Ci sono bus che vanno anche a 1 giga/sec........

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SandroCalligaro

Grazie effebi, in realtà conosco molto bene i PLL, li ho usati (poco) in mixed-signal, e (molto) in software (per la stima di posizione e velocità).

La mia curiosità da appassionato di tecnica era sull'implementazione del controllo motore in analogico, che è ormai da parecchi anni scomparsa. Sarei appunto curioso di vedere come erano realizzate quelle schede. Oggi gli stessi risultati sono molto più facili da ottenere, in digitale.

 

Pur ammirando chi ha sviluppato quelle soluzioni anni fa, sinceramente dubito che le prestazioni di quel controllo fossero migliori di quelle ottenibili con un drive moderno decente.

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Purtroppo non ci possiamo accontentare di valori medi durante la lavorazione

Parlavo di precisione della velocità media, perché il ripple non si può garantire in generale per un certo drive (anche se qualche costruttore magari lo fa, tanto chi lo contesterà?), dipende da troppi fattori, compresa la qualità del motore e le caratteristiche del carico.

Anche nel vecchio sistema era certa la risoluzione, ma l'accuratezza ed il ripple immagino di no.

 

PS: se non sbaglio non hai ancora detto di che tipo di motori si tratta (brushless, asincroni...).

 

PPS: se spiegassi il motivo per il quale il comando deve essere ad impulsi, credo che tutto sarebbe un po' più chiaro.

:)

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Pur ammirando chi ha sviluppato quelle soluzioni anni fa, sinceramente dubito che le prestazioni di quel controllo fossero migliori di quelle ottenibili con un drive moderno decente.

 

Con motori adeguati, ad esempio magneti permanenti e chopper, si raggiungono precisioni come quelle degli attuali azionamenti.

La differenza sta nel volume fisico del controllo; prima dovevi usare un rack apposito per il controllo, ora lo hai integrato nel drive.

 

Quote

comunque non mi e' ancora chiaro se si puo' fare ...

 

Mancano ancora dei dati come, ad esempio, la frequenza massima degli impulsi che ammette il drive che vuoi usare e marca e tipo di drive e motore.

Il regolatore sicuramente, a regime, può mantenere un errore di +/- 1 rpm dell'asservito rispetto al master.

Poi bisogna tener conto dei rapporti di divisione. Meccanicamente puoi fare un rapporto di 33/13, basta mettere i 2 ingranaggi con quel rapporto. Con un divisore elettronico no, anche se lavori in real alla fine hai sempre un errore, piccolo, ma c'è.

Se l'applicazione (altro dato mancante) prevede solo il sincroniso di velocità, l'errore può essere trascurabile; se prevede il sincronismo in spazio per una macchina a ciclo continuo h24, allora si possono avere dei problemi.

Queste sono applicazioni che devono essere studiate nella loro globalità, non basta l'ipotesi di fattibilità di un riduttore elettronico.

Persino la filosofia base del regolatore, serie o parallelo, dipende dall'applicazione.

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  • 3 weeks later...

Salve a tutti,

scusate il ritardo, ma avevo scritto una lunga replica, ed toccando inavvertiatmente qualcosa il browser se l'e' pappata... :wallbash:e mi sono un po' innervosito. Loso, lo so, sempre meglio usare un editor con autosave..... Comunque il succo e' che con le latenze che ho visto in giro non mi avete convinto sulla fattibilta' della cosa (per quanto riguarda mantenere l'esatto sincronismo tra gli "ingranaggi" virtuali), almeno su bus Ethernet-based. Magari un controllore integrato a treno di impulsi puo' farcela, bisogna indagare a fondo caso per caso.

Impossibile pero' generalizzare, come Livo giustamente fa notare. Grazie 1000 comunque dell'aiuto, fa sempre bene parlare con persone competenti. Magari ritornero' sull'argomento quando avro' fatto delle scelte concrete.

 

Buon Natale, Buone Feste

 

effebi

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ciao e buon natale 

l'unico sistema che "inquina" il tutto è il treno d'impulsi , poi tutto il resto è fattibile con precisioni e velocità  che nemmeno immagini -- 

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