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totoy_86

Basi di automazione

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totoy_86

Buonasera a tutti! 

Avrei una domanda da fare. Poiché ho una formazione puramente meccanica ed avendo poca dimestichezza con la "parte elettrica" spero di trovare aiuto da voi. 

Sto analizzando una semplice macchina, uno svolgitore per bobine di carta/tessuto. I miei dubbi riguardano la scelta della tipologia di motore da utilizzare. Premesso che non ho alcuna necessità di effettuare posizionamenti precisi (quindi già l'ipotesi del servomotore mi sentirei di scartarla utilizzando invece un motore asincrono "tradizionale") e non avendo necessità di conoscere la posizione nel tempo della bobina (quindi no encoder) ma avendo necessità di variare la velocità del motore al variare del diametro della bobina (utilizzerei un sensore di misura laser per determinare il diametro della bobina in continuo che tramite un plc induca il motore a girare alla corretta velocità). La mia domanda quindi è:

- nell'ipotesi ti utilizzare un inverter v/f, esiste una frequenza e/o una tensione minima al di sotto della quale è sconsigliato andare?

 

aspetto vostri consigli e suggerimenti.

 

saluti

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max.bocca

Se utilizzi un buon motore per inverter servoventilato ha un'ampia finestra di variazione. Devi valutare copia, velocità, ecc. Per un applicazione simile guarderei la Rowan è un azienda leader per quelle soluzioni 

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Livio Orsini
10 ore fa, totoy_86 scrisse:

nell'ipotesi ti utilizzare un inverter v/f, esiste una frequenza e/o una tensione minima al di sotto della quale è sconsigliato andare?

 

La soluzione inverter + motore asincrono per motorizzare uno svolgitore è la meno adatta, specialmente se è l'unico azionamento presente.

Lo svolgitore risulta essere trascinato per gran parte del lavoro, quindi il motore deve lavorare da freno. Nel caso di un asincrono comandato da inverter significa che bisogna mettere un gruppo di frenatura piuttosto abbondante. Il gruppo di frenatura + costituito da un chopper e da un grosso resistore che dissipa in calore tutta l'energia derivata dalla frenatura dell'aspo.

Inoltr, come giustamente fa osservare max.bocca, il motore dovrà essere servo ventilato perchè un autoventilante, quando la frequneza scende sotto i 40Hz non riesce a ventilare in modo sufficiente.

 

Dal punto di vista del principio devi fare il rapporto diametri tra il diametro massimo e quello minimo dell'avvolgimento.

Se ad esempio il rapporto fosse 1:10, anche il rapporto delle velocità angolari sarebbe 1:10, quindi si potrebbe avere una variazione di frequenza da 5Hz a 50Hz, abbastanza ricopribile da un inverter V/f.

 

10 ore fa, totoy_86 scrisse:

(utilizzerei un sensore di misura laser per determinare il diametro della bobina in continuo che tramite un plc induca il motore a girare alla corretta velocità)

 

Anche questa non è probasbilemtne la soluzione migliore, anzi a mia esperienza (e dei problemi di avvolgitura/svolgitura credo di saperne parecchio) è la soluzione pessima.

Molto dipende dalla precisione e/o costanza di tiro che ti necessita. Se la precisione o la costanza del valore di tensione del materiale deve essere elevata devi regolare ad anellomchiuso di tiro, altrimenti si lavora ad anello aperto di tiro.

Nel primo caso devi usare o un ballerino od una cella di carico posta immediatamente a valle dello svolgitore. e puoi regolare in velocità.

Nel secondo caso si usa una funzione "servo diametro" basata sul rapporto tra velocità angolare e velocità periferica, oppure su di un lettore di diametro, e si regola in coppia, quindi nel caso di unazionamento in alternata si deve usare un controllo vettoriale.

 

Riepilogando.

Se vuoi/devi usare una motorizzazione in alternata sarebbe meglio prevedere anche un'unione con altre motorizzazioni in alternata e dc bus in comune per evitare un grosso gruppo di frenaura. (poi molto dipende dalle dimensioni dell'aspo).

Se le condizioni lo permettono si può usare un freno magnetico con servo diametro o reazione da cella di carico.

Oppure si può ipotizzare una soluzione "vecchio stile" con azionamento composto da motore in cc e convertittore a SCR 4 quadranti che recupera in rete l'energia. Questa soluzione, anche se orami in disuso, per un singolo svolgitore è ancora la soluzione migliore.

 

Dovresti dare più dati (rapporto di velocità del amteriale, rapporto dei diametri, dimensioni fisiche dell'aspo, peso del materiale, precisione/costanza del valore di triro, gamma del valore di tiro) per poter valutare la soluzione ottimale.

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totoy_86

Buongiorno Livio,

do qualche informazione in più:

 

la precisione di cui ho bisogno non è per niente alta, il misuratore di distanza laser mi serve solo per avere un ordine di grandezza del diametro. Subito dopo l'asse svolgitore è presente una gruppo ballerino che oltre a tensionare il materiale fa da accumulo di materiale per l'alimentazione della stampante. Il ballerino ha 2 finecorsa: ballerino alto e ballerino basso. Quando è attivo il finecorsa basso, il motore smette di girare, quindi smette di alimentare la stampante. Il gruppo ballerino è dotato di 2 cilindri pneumatici che servono ad "alleggerire" il peso del ballerino stesso dato che spingono in senso opposto al peso, poi con un regolatore di pressione di precisione si agisce sull'aggiustamento del peso e quindi del tiro. Le dimensioni massime della bobina sono: larghezza 2100mm e diametro 1000mm con un peso massimo stimato di circa 1700 kg ed un'inerzia di 230 kgm2. Il diametro minimo corrisponde al diametro esterno dell'anima di cartone da 3 pollici su cui è avvolto il materiale da svolgere, quindi circa 90mm, ne segue che il rapporto tra i diametri e circa 11. Le velocità del motore vanno da 1500 rpm a circa 90 rpm, attraversano un riduttore con i=58.6 quindi si arriva alla bobina con circa 22-1.5 rpm (22 rpm quando si ha il diametro minimo e 1.5 rpm quando si ha il diametro massimo). Ecco una breve e spero esaustiva panoramica dell'applicazione.

 

Grazie per la precedente risposta.

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Livio Orsini
49 minuti fa, totoy_86 scrisse:

Subito dopo l'asse svolgitore è presente una gruppo ballerino che oltre a tensionare il materiale  .....

 

Se il rapporto diametri non è elevato è sufficiente regolare la velocità dello svolgitore tramite un PID ed il ballerino.

Conunque anche usando il miduratore di diametro devi realizzare un controllo di velocità a mezzo ballerino, questo controllo esegue la regolazione fine di velocità, mentre con il diametro fai il controlo grosolano in feed forward.

Oggi tutti gli inverters almeno decenbti, hanno una funzione Pid disponibile per usi dedicati. Alcuni buoni inverters hanno incorporato anche la funzione controllo d'avvolgitura.

 

Hai un rapporto diametri di oltre 1:26, quindi un rapporto di velocità di oltre 1:26. Se ci aggiungi anche il rapporto tra velocità massima e minima del materiale che sarà almeno di 10 si ottiene un'escursione di velocità ancorare di circa 1:270.

 

1 ora fa, totoy_86 scrisse:

Le velocità del motore vanno da 1500 rpm a circa 90 rpm,

No con i dati che hai dato la velocità reale minima del motore sarà circa la metà

Significa che un motore da 1500 rpm nominali dovrà dovrà secendere a 57.7 rpm quando lavori a diametro massimo e velocità massima.

Anche ipotizzando di lavorare solo al massimo, significherebbe che con diametro massimo lavoreresti a meno di 2Hz che, con un V/f, è altamente sconsigliabile perchè la coppia fornibile è molto inferiore alla nominale, mentre invece è proprio in quella zona che ne hai più bisogno.

Si potrebbe ipotizzare di lavorare in zona di potenza costante da 50 Hz sino a 100Hz, ma dovresti scendere comunque a 4 Hz a piena coppia.

Gia con questi dati devi usare almeno un controllo vettoriale sensorless.

 

La tua ipotesi di regolazione grossolana potrebbe causarti problemi di stiro sul materiale, specialmenbte sui tessuti.

 

Non sto a fare i conti de momento d'inerzia e prendo per buono il dato che hai dato; con questo dato avrai dei grossi problemi nelle fasi transitorie se non controlli perfettamente la velocità

 

Non ho visto alcun dato in ordine all'entità dei tiri previsti, però anche senza fare conti presumo che ti troverai a dover lavorare sia in frenatura che in motorizzazione, secondo il diametro dell'aspo e secondo gli attriti del riduttore.

Senza poi contare il problema delle compensazioni di nerzia che dovrà affrontare l'azionamento.

Conclusione finale: ti serve, al minimo, un ottimo inverter con controllo vettoriale, ed anche un buon controllo di avvolgitura.

 

Questo è come vedo io la regolazione di questa macchina. Poi sei tu il progettista della macchina e sei tu quello che devi decidere.

 

 

 

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max.bocca

Io per svolgitore intendevo il motore di trascinamento del prodotto, in quanto la bobina che si svolge la davo come passiva, al massimo con un gruppo frenante a molla. Il ballerino ci vuole sempre... Derivando dal settore audio video, ragiono come funzionano i video registratori, infatti anche nelle etichettatrici chiamo capstain il rullo trascinamento e il ballerino tendi nastro.

 

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Livio Orsini
3 ore fa, max.bocca scrisse:

Io per svolgitore intendevo il motore di trascinamento del prodotto

 

Chi lavora in automazione industriale per svolgitore intende il dispositivo che svolge il materiale.

Quello che indenti tu viene denominato traino.

Nelle macchine di stracannaggio,che sono macchine composte da svolgitore, traino e avvolgitore, il traino è detto anche "pacer" dagli yankees perchè svolge la funzione di mettere d'accordo avvolgitura e svolgitura.

 

3 ore fa, max.bocca scrisse:

Il ballerino ci vuole sempre...

 

NO!

Dipende dal tipo di lavorazione e dal tipo di materiale.

Ad esempio se svolgi materiale controllando l'aspo a mezzo di un servodiametro il ballerino non esiste proprio.

In altre lavorazioni si preferisce lavorare ad anello chiuso, con controllo diretto della forza, tramite cella di carico; anche in questo caso il ballerino non esiste.

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