Regolazione Svolgitore Con Macchina Ad Avanzamento A Passi

[pescatore]

Buon giorno a tutti,

avrei un consiglio da chiedervi:

devo realizare un controllo su uno svolgitore dotato di retroazione con ballerino,

per una macchina che avanza a passi.

La macchina è costituita da una fase di avanzamento del materiale e una fase di fermo per la pressatura del materiale e cosi via.

Il sistema di svolgimento del materiale è movimentato con un motore asicrono gestito da inverter e retroazione di posizione dell'ansa controllata da ballerino con segnale analogico in uscita.

Devo cercare di mantenere la posizione dell'ansa costante.

pensavo di realizzare un sistema con controllo del servo diametro, prendendo come valore di riferimento per lo svolgitore, la velocità della linea rimessa in scala con la velocità angolare data dal diametro medio e sommata alla differenza dell'errore di posizione del ballerino ( posizione attuale ballerino - posizione centrale ballerino ) controllata con un regolatore PID.

Cosa ne pensate?

Qualcuno ha già realizzato un sistema analogo e può darmi un consiglio?

Ringrazio anticipatamente tutti

[thinking]

Non è molto chiaro il funzionamento della macchina. Se metti un disegno forse si capisce di più.

ciao

[Livio Orsini]

Devi dare più dati.

Non dici nulla sulla motorizzazione dell'aspo.

Non dici nulla sui tempi di pausa, sui tempi di accelelrazione e decelerazione, sulla velocità massima, sul diametro minimo e massimo.

Non dici nulla sul tipo di materiale e sulle sue caratterisitiche fisiche.

Questi sono i dati minimi per poter avanzare qaulche seria ipotesi di soluzione.

[pescatore]

Cerco di darvi più informazioni possibili:

i tempi di ciclo sono 350ms per l'avanzamento del materiale e 500ms di fermo per la lavorazione;

il materiale è un film di plastica;

davanti allo svolgitore c'è un motore brushless che premendo sul materiale con due rulli, tira il film con passo prgrammabile, i tempi che ho citato sono

quelli più gravosi, con un passo di 80mm in ovviamente 350ms.

Davanti allo svogitore un sistema di stampaggio e pressatura a caldo;

Dopo questo un sistema di avvolgitura sfridi uguale a quello citato nel precedente messaggio (motore asincrono, inverter, ballerino);

il diametro minimo è di 120mm e il massimo di 600mm

Purtroppo non ho disegni meccanici;

Ciao e grazie.

[pescatore]

Ciao a tutti, chiedo scusa a coloro

che hanno letto e risposto al post da me aperto oggi;

mi sono dimenticato di scrivervi che la motorizzazione dello svolgitore è fatta con un motore asincrono comandato da inverter vettoriale

di ultima generazione ad anello aperto.

Scusate, ma ero convinto di averlo scritto.

[Livio Orsini]

Primo osservazione.

La scelta di un asincrono per controllare uno svolgitore è pessima.

L'azionamento lavorerà praticamente sempre in frenatura, quindi serve solo a scaldare il resistore di frenatura. Può essere un'applicazione valida se il dc bus è comune con altri azionamenti, p.e. traino e avvolgitore.

Comunqur al di là della scelta del tipo di azionamento, la regolazione migliore, visto che c'è un ballerino, è lavorare in velocità.

Vista la dinamica della macchina, sarà conveniente dare un feedforward di velocità pari alla velocità del traino rapportata al diametro. Sovrapposto al feedforward si somma la correzione del ballerino processato con un regolatore PI(D).

Questa in sintesi la strategia di regolazione per una macchina simile (ne fatte parecchie in passato ).

[pescatore]

Ciao Livio e grazie per la risposta;

la macchina in oggetto è un prototipo, e non è ecluso che per la futura macchina definitiva (ne abbiamo già parlato al costruttore) la motorizzazione venga

sostituita con un brushless anche per lo svolgitore e l'avvolgitore.

Devi scusarmi se non sono molto chiaro nelle specifiche, in quanto in questi giorni stò seguendo 4 progetti e dò per scontato alcune cose, come ad esempio

il fatto di aver descritto la motorizzazione dell'aspo.

Mi trovi d'accordo sul fatto della regolazione in velocità, in quanto lo spunto l'ho preso dal tuo tutorial delle tecniche di regolazione e leggendo quache post (cecco88) sul forum;

Ecco alcune domande :

potresti spegarmi meglio la tua idea di dare un feedforward allo svolgitore?

ho letto il tuo tutorial, ma non mi è chiaro l'uso del feedforward.

Useresti anche la componente integrale nella regolazione?

Pensi che l'impostazione della posizione del ballerino possa essere un parametro da HMI o inutile, in quanto, sempre sullo 0?

Ti spiego la mia idea per la soluzione al progetto per quanto riguarda lo svolgitore:

- Setaggio inverter svolgitore con rampe 0.1s; abilitazione resistenza di frenatura esterna;

- Linea ferma, quindi velocità =0, aspo svolgitore fermo con posizione del ballerino qualsiasi (questo solo alla prima accensione linea);

- Partenza linea, movimento del traino, riferimento di velocità per svolgitore dato da : rif. vel. traino, rimesso in scala con la media del diametro + uscita regolatore PI su posizione del ballerino, dove

prendo come valore di setpoint la posizione centrale (0) del ballerino stesso;

- Ciclo in corso, sempre come sopra;

- Fermata linea, regolatore sempre attivo, ma senza piu' la somma del riferimento traino, quindi stop svolgitore nella posizione centrale del ballerino.

Ciao e grazie del tuo tempo

[Livio Orsini]

..la motorizzazione venga sostituita con un brushless..

Non cambia nulla, anche usando un chopper in continua. O si usa un vecchio azionamento in cc con recupero in rete, oppure si mettono tutti i dc bus in comune. Altrimenti ci si deve rassegnare a scaldare un grosso resistore, con tutti i problemi ad esso legati.

Io opterei per la scelta di asincroni a controllo vettoriale e dc bus comune. Questa soluzione ti permentte, se ben realizzata, in caso di emergenza per mancanza rete di rallentare in sincronismo tutta la macchina.

Il feedforward è il duale del feedback (reazione). Se calcoli esattamente il feedforward in funzione del diametro attuale e della velocità di linea, non ci saraebbe alcun errore e l'uscita del PID (feedback) sarebbe nulla. Purtroppo nella pratica è un poco differente. Però un feed forward ben fatto riduce molto gli errori, specie nei transitori, quindi aiuta non poco durante le accelerazioni.

Il feed forward, in questo caso, lo si ottiene moltiplicando la velocità del traino per il rapporto Diametro minimo / diametro istantaneo; questo rapporto è<=1, quindi man mano che il diametro diminuisce la velocità angolare, a parità di velocità del materiale, aumenta. Queste considerazioni valgono pari pari, per l'avvolgitore.

La componente integrale è fondamentale, però se il feedforward è ben calibrato, questa componente è prossima a zero.

Ci sono anche metodi per ridurre ulteriormente la componente integrale affinando in retroazione il feed forward; non è però argomento che si possa sviluppare in un messaggio.

Il rapporto diametri è 1:5, non è elevato, però è già conveniente ricalibrare la correzione PID in funzione della velocità lineare. Il metodo brutale è moltoplicare l'uscita del PID per il rapporto Vattuale /VMax.

Quando è possibile si alimenta il ballerino con tensioni +10 V / -10 V ; in questo modo la posizione centrale corrisponde a zero.

Fai bene i conti dell'inerzia dell'aspo. Con 0.1" di tempo di accelerazione avrai bisogno sicuramente di molta coppia, quindi in frenatura la resitenza e tutto il gruppo di frenatura devranno essere ben dimensionati.

[ken]

O si usa un vecchio azionamento in cc con recupero in rete, oppure si mettono tutti i dc bus in comune. Altrimenti ci si deve rassegnare a scaldare un grosso resistore, con tutti i problemi ad esso legati.

oppure spendi una follia per mettere un alimentatore del bus dc di quel drive con recupero in rete (costa molto di più)

Fai bene i conti dell'inerzia dell'aspo.

e non trascurare quella della bobina di materiale. Dovrai utilizzare la bobina di massimo peso per calcolare la coppia di cui hai bisogno.

Del resto nulla da aggiungere, Livio ha già detto tutto.

[pescatore]

Ok, grazie,

ma non mi sono chiare alcune cose:

il diametro istantaneo come lo ricavo?

contando i giri e avendo noto il diametro iniziale, decrento il valore dello stesso?

e il feedforward, da quello che ho capito nel manuale, si utiliza moltiplicando il setpoint con un K, e poi lo sommo all'uscita del regolatore;

è guisto quello che ho capito per l'utilizzo del feedforward?

Il ballerino che verrà utilizzato è un sensore baumer con uscita analogica 4-20mA (-135°=4mA; 0°=12mA; +135°=20mA), dovrei riuscire ad usarlo

anche come valore duale (sommo algebricamente -12 al valore letto).

Purtroppo i pesi della ruota non li ho ancora, ho contattato i meccanici per averli quanto prima, sicuramente tengo in considerazione il vostro suggerimento.

[pescatore]

Ciao e buon giorno a tutti;

mi hanno cambiato tutte le specifiche della macchina

ho parlato con il progettista meccanico e quello elettrotecnico, ed ora mi hanno comunicato le seguenti cose:

la motorizzazione aspo svolgitore è fatta con asincrono 1400 rpm, comando da inverter non vettoriale ad anello aperto;

l'inverter non ha il chopper di frenatura e non ha l'ingresso di riferimento differenziale; l'eventuale avanti-indietro lo si può fare solo da ingressi digitali.

rapporto di riduzione 1:56; peso massimo della bobina 10Kg.

Diametro massimo della bobina 500mm, diametro minimo 76,2mm.

Passo del traino 45mm in 250ms.

spessore del film 186 micron oppure 109 micron.

Il ballerino ha uscita analogica 4-20mA ( -135°=4mA; 0°=12mA; +135°=20ma);

a questo punto non ho più idea di come fare la regolazione e se è possibile farla,

qualcuno ha qualche suggerimento?

sono graditi tutti i consigli e le eventuali idee

[Livio Orsini]

comando da inverter non vettoriale ad anello aperto; l'inverter non ha il chopper di frenatura e non ha l'ingresso di riferimento differenziale;

a questo punto non ho più idea di come fare la regolazione e se è possibile farla,

Non puoi usare un inverter senza gruppo di frenatura per controllare uno svolgitore!

Se ti va bene avrai l'inverter in allarme dopo pochi secondi, altrimenti alla fine farà una bella fumata (ma solo se è una schifezza non degno del nome d'inverter).

Anche la regolazione senza controllo vettoriale la vedo male, molto male.

Una domanda, ma nella tua azienda chi progetta le regolazioni ed i controlli elettronici: i meccanici?

[pescatore]

Penso che tu abbia ragione in pieno!!! Poi pretendono che chi scrive il software le faccia funzionare! e se non vanno è colpa sua!

Ora non so più come comportarmi;

[Livio Orsini]

Ora non so più come comportarmi;

Semplicemente gli spieghi che:

1 - Un azionamento che usa un alimentatore regolatore con dc bus (inverter, brushless, chopper cc) deve avere un gruppo di frenatura adeguato, perchè uno svolgitore lavora per il 99,9% del tempo in frenatura.

2 - Per realizzare un controllo di ballerino con un minimo di prestazioni un inverter V/f non è sufficiente; è necessario almeno un controllo vettoriale sensorless, meglio se con reazione. La differenza di costo è praticamente il solo encoder, encoder che è comunque necessario per il regolatore.

3 - Se si vuole realizzare un controllo svolgitore ad anello aperto (sevodiametro) il ballerino non serve, però serve comunque un controllo di coppia; pertanto se si vuole usare un asincrono è necessario il controllo vettoriale.

4 - Quando si effettua un controllo e/o una regolazione il progetto e dimensionamento elettrico del sistema lo deve eseguire chi sa cosa fare.

[pescatore]

Ciao Livio,

farglielo capire non è così semplice, visto che è dall'inizio che si parlava di inverter vetoriale e chopper di frenatura per lo meno,

purtroppo (non sò se ti è mai capitato) a volte bisogna subire scelte di persone che secondo me non sanno neanche quello che stanno

facendo, oppure provano soluzioni sulla pelle degli altri.

Poco fà mi è stato detto di regolare l'inverter a velocità fissa bassa e con il ballerino andare a sommare il valore della sua posizione

sul riferimento di velocità e che così funziona benissimo; boh

[Livio Orsini]

..purtroppo (non sò se ti è mai capitato) a volte bisogna subire scelte di ...

No, non mi è mai capitato. Ci hanno provato, ma la risposta è sempre stata: "Io non lo faccio."

Poco fà mi è stato detto di regolare l'inverter a velocità fissa bassa e con il ballerino andare a sommare il valore della sua posizione sul riferimento di velocità e che così funziona benissimo;

Funzionare benissimo assolutamente no, ci scommetto i gioielli di famiglia.

Se non c'è il gruppo di frenatura e l'inverter non è sul dc bus ci son solo due possibilità (sempre se si tratta di uno svolgitore): l'inverter si ferma per allarme di sovvratensione, l'inverter non va in allarme e defunge.

Per curiosità che inverter verrà usato? (marca e modello).

Dimenticavo.

Esiste una ed una sola possibilità che l'inverter non vada in allarme per sovratensione.

Se gli attriti meccanici dell'aspo sono tali da essere maggiori della coppia generata dal tiro sul materiale, allora la motorizzazione dell'aspo dovrà fornire coppia motrice non coppia frenante. Però son casi molto particolari; aspi molto pesanti con meccanica non molto "scorrevole". Però rimane sempre il momento cruciale dei rallentamenti e frenate. Nel tuo caso poi le frenate son frequenti perchè la macchina avanza a passi.

Auguri vivissimi, non per le feste di fine anno.

Modificato: 3 dicembre 2010 da Livio Orsini

[pescatore]

Dai Livio, non farmi stare male che ci stò già abbastanza......

L'inverter (se sopravviverà) è un Hitachi L200-004

[thinking]

Penso che bisognerebbe riflettere un po' sull'idea proposta dai progettisti meccanici perché le masse e le velocità in gioco non sono enormi. Forse una possibilità di una regolazione diversa (senza frenatura) dello svolgitore c'è. Il ballerino garantisce un tiro costante sul materiale senza pericoli di strappi.

[Livio Orsini]

Il ballerino garantisce un tiro costante sul materiale senza pericoli di strappi.

Il ballerino non garantisce nulla! Il ballerino è solo un trasduttore.

Se è uno svolgitore deve frenare!

E' talmente banale; si son fatte persino regolazioni con ballerino con freni magnetici.

Basta pensare a come lavora uno svolgitore.

Forse una possibilità di una regolazione diversa (senza frenatura) dello svolgitore c'è.

L'unica possiblità di lavorare non in frenatura è avere attriti maggiori del tero, come ho detto prima. Ma non credo che sia questo il caso.

Gli inverter Hitachi sono validi, quindi prevedo vada in allarme.

[Livio Orsini]

Il ballerino garantisce un tiro costante sul materiale senza pericoli di strappi.

Il ballerino non garantisce nulla! Il ballerino è solo un trasduttore.

Se è uno svolgitore deve frenare!

E' talmente banale; si son fatte persino regolazioni con ballerino con freni magnetici.

Basta pensare a come lavora uno svolgitore.

Forse una possibilità di una regolazione diversa (senza frenatura) dello svolgitore c'è.

L'unica possiblità di lavorare non in frenatura è avere attriti maggiori del tero, come ho detto prima. Ma non credo che sia questo il caso.

Gli inverter Hitachi sono validi, quindi prevedo vada in allarme.

[pescatore]

A questo punto sono ancora più in confusione:

sicuramente devo scrivere il software per come mi è stato chiesto (vel.minima su inverter, posizione del ballerino che corregge il tiro) dai "capi";

vorrei però prevedere del codice da utilizzare nell'eventualità che l'inverter venga sostituito perchè và in allarme come dice Livio;

cosa ne dite?

si può fare?

come?

[Livio Orsini]

Anche se la regolazione che vai a fare è semplicistica, bene o male, potrebbe anche andicchiare (con qualche problema).

Il vero problema è l'azionamento. Se l'azionamento frena qualche regolazione più o meno al fai.

Ma è mai possibile che un meccanico non riesca a capire che per avere una tensioen sul materiale ci vuole un dispositivo che freni ed uno che tiri? Senza differenza di coppia non c'è tensione.

[AlexKumt]

Non voglio dire niente di più di quello che hanno già detto giustamente le altre persone qui intervenute.

Ma non specificando bene i dati della macchina ,

Possiamo solo ippotizare le cose.

Però a me sembra, che questo inverter serva più che altro come alimentazione per la fossa.

L' Ansa della lamina di plastica deve essere solo mantenuta in un Range di lavoro nella fossa.

Molto probabilmente visto il peso della bobina 10Kg ed il diametro 600mm.

Con un inverterino di 0.4Kw.

Penso che il costruttore meccanico, voglia solo mantenere una certa riserva nella fossa.

Per dare il modo allo Stampo di Lavorare.

Quindi presumo che l'aspo abbia una sorta di freno meccanico regolabile, oppure l'attrito

stesso per muovere l'aspo è sempre sufficente per fermarlo.

Quindi ricapitolando parte il ciclo di stampa,

parte poi l' avanzamento del nastro secondo il Passo di lavorazione,

ed ecco che qui l'ansa nella fossa garantisce l'avanzamento del Passo.

Quando il Passo è stato compiuto, l'aspo srotola dentro la fossa una certa quantità il più rapidamente possibile

per ripristinare la quantità di nastro usato per il passo.

Perciò l'inverter-Motore deve solo vincere la coppia di attrito dell' aspo.

Il PID deve lavorare per garantire la posisione dell' ansa.

In Pratica è quasi come un feeder.

Scusate ma a volte potrebbe avere ragione anche il costruttore mecanico.

[Livio Orsini]

AlexKumt, non per polemica, ma sei forse tu che hai progettato la macchina? La curiosità mi è venuta per tutta la serie di ipotesi che hai fatto. Dove hai ricavato il peso della bobina, visto che si conosce solo i diametri massimo e minimo? Non conosci la larghezza (potrebbe esse 20cm o 2m), non sai che tipo di amndrino si userà, non sai il peso specifico del materiale.

Comunque anche ammesso che tra aspo e traino ci sia una fossa, con i tempi di ciclo dati, 350 ms di cui 100ms + 100ms per le accelerazioni, l'aspo non si ferma senza un freno.

Poi se avesse una fossa come u feeder per lamiera il ballerino non avrebbe senso; al più ci sarebbe un rivelatore d'ansa. Il ballerino per lavorare deve essere contrastato.

Quindi o si accettano i dati riportati da "pescatore", o si parla di un'altra macchina.

Modificato: 4 dicembre 2010 da Livio Orsini

[pescatore]

Buona sera a tutti,

in risposta a AlexKumt, non c'è la fossa;

in risposta a Livio, il dato del peso AlexKumt lo ha letto nel messaggio Nr.11 dove mi hanno modificato le specifiche della macchina;

Oltre a questo,

ho scritto questo codice per "provare" la macchina:

- linea ferma controllo errore di posizione ballerino e se errore maggiore del +2% impongo riferimento minimo a inverter per svolgere film; se errore minore riferimento 0;

- partenza linea, riferimento aspo dato da : rif.traino scalato 0-100% * rapporto velocita massime traino e aspo + errore ballerino * Kp;

questo è il quanto, non sò se funzinerà, ma di meglio non sono riuscito a fare.

Se avete consigli e suggerimenti sono bene accetti; e comunque mi piacerebbe sapere cosa ne pensate.

Per Livio: se così và in errore l'inverter, forse capiranno che è il caso di cambiarlo....