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Servodiametro


mazzinga
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Salve

un mio cliente che produce materiale plastico su una sua linea di produzione ha inserito un aspo avvolgitore, la manutenzione mi ha chiesto di realizzare tutta la parte di automazione del sistema.

per la rotazione dell'aspo ho previsto un motore brushless,

la bobina da avvolgere può avere un diametro minimo di 200mm (Diametro del tubo che viene inserito sull'aspo) e un diametro massimo di 500mm,la linea può avere una velocita massima di produzione di 30mt/min.

la velocita di linea viene letta dal driver principale tramite segnale analogico, mentre la velocita dell'aspo viene restituita in rpm dal driver letta in profinet,

l'operatore dovrà avere la possibilità di regolare la coppia di tiro è il sistema deve mantenere costante il tiro, premetto che non è il mio settore di solito lavoro in altri settori questa è la prima volta che mi capita di realizzare l'automazione di un aspo. Questa è l'occasione giusta per imparare cose nuove è farmi le ossa, guardando alcuna documentazione in rete sono riuscito a cavare che per gestire il sistema come richiesto da plc devo realizzare un servodiametro. In rete devo essere sincero ho trovato poca documentazione, mi sono soffermato su un documento del nostro moderatore Livio orsini.

 

La realizzazione del servo diametro prevede alcuni passaggi, dal calcolo del diametro avvolto al riferimento di velocità e coppia da spedire all'aspo, al momento sto cercando di capire come calcolare il diametro sempre sul documento ho capito che il diametro si calcola utilizzando la formula D=(Vel.Linea/Vel.Aspo)*K. non so se questa è la formula esatta, se fosse vorrei capire K da dove viene ricavato.

 

Al momento sono fermo sul come calcolare il diametro, in seguito devo capire come calcolare il riferimento di coppia

 

 

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Livio Orsini
4 ore fa, mazzinga ha scritto:

se fosse vorrei capire K da dove viene ricavato.

 

Il "K" è una costante che ricavi dalla caratteristica meccanica della macchina.

 

Ti faccio un esempio con i dati che hai riportato.

Facciamo il caso di avere il diametro minimo 0,2 m ==> 0,628 m di circonferenza.

Alla massima velocità di linea, 30 m/1', si avrà: 30 / 0,628 = 47, 746 rpm dell'aspo.

Non dici alcunchè in ordine al rapporto di riduzione motore-aspo ed alla massima velocità del motore; quindi ipotizziamo quindi un motore con 3000 rpm di velocità nominale ed un rapporto di 1 / 60; per un giro di aspo il motore effettua 60 giri.

Alla massima velocità di linea, con diametro minimo, il motore ruoterà a 2864,76 rpm

Ora è necessario normalizzare le due velocità: quella di linea espressa in V e quella dell'aspo espressa in rpm.

Il modo più semplice è esprimere tutto in millesimi; si avrà quindi 10V ==> 1000 e 2864,76 ==> 1000 ovvero 0,349 millesimi per 1 rpm di motore.

Nel caso di massima velocità e diametro minimo avresti un rapporto pari a 1000 / 1000, quindi il tuo "K", essendo il diametro minimo = 0,2 m sarà K = 0,2 se vuoi esprinmere il diametro in metri, K = 200 se lo vuoi esprimere in mm.

Con diametro massimo alla massima velocità di linea si avrà: circonferenza pari a 1,57 m ==> 19,1 rpm circa come velocità dell'aspo, corrispondenti a  1145,91 rpm di motore , corrispondenti a 399,92 millesimi di velocità normalizzata 0.39992.

Eseguendo Da = K * (velocità linea / velocità aspo) = 0.2 * (1000 / 399,92) = 0,5001 m.

 

Ti consiglio di eseguire i calcoli in virgola mobile e tenere il tutto in metri, così sarà più facile calcolare la coppia visto che solitamente sono espresse in Nm o kgm.

non so che tipo di pastica avvolge, dalle dimensioni potrebbe essere film sottile, comunque tutti gli avvolgitori per film plastici ed in generale per la plastica, necessitano della funzione taper, altrimenti si rischia di buttare il materiale. quindi prevedi questa funzione, anche se non te l'hanno chiesta.

 

Solitamente al motore aspo si da il riferimento eguale alla velocità di linea + 5% così, anche i caso di rottura del materiale ilmotore non va in fuga, mentre durante il funzionamento normale la sua velocità, essendo la coppia limitata, si adegua automaticamente alla velocità periferica del materiale.

 

Se necessiti di altri chiarimenti chiedi pure.

 

Attenzione è molto importante per capire le reali necessità che tu rendi noto marca e modello del drive del motore, caratteristiche del motore e marca e modello del sistema di controllo che, presumo, sia un PLC.

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Ok Livio

adesso è tutto più chiaro.

 

Se volessi lavorare con le unita di misura che restituisce la macchina avrei che il valore K=19,0984

 

K=(2864,76/30)*0,2=19,0984

 

mi confermi quanto detto

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Livio Orsini

Invece di confermarlo o negarlo, ti invito a verificare il coefficiente così calcolato con diversi diametri e con diverse velocità di linea.

In questo modo ne sarai più convinto.🙂

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Prima di chiederti verifica di quanto detto ho fatto delle verifiche simulando velocità e diametro linea e i conti teorici riportano.

Volevo una conferma per non avere dubbi e essere sicuro di aver capito 

 

 

Riguardo al riferimento di coppia da dare all'aspo navigo nel vuoi.

La mia idea è quella che l'operatore imposta un valore ad esempio in Nm.

Facendo dei calcoli vorrei fare in modo che quando la bobina ha raggiunto il diametro massimo viene applicato il valore di coppia massimo che vale quello che imposta l'operatore,al diminuire del diametro diminuisce in modo proporzionale la coppia.

Potrebbe essere un ragionamento corretto.

Accetto qualsiasi tipo di consiglio

 

Per il momento vorrei ringraziarti per i consigli e delucidazioni date

 

Riguardo al materiale plastico non si stira in fase di avvolgitura,questa è una particolarità che non avevo specificato

 

 

Volevo dire buio no vuoi

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Livio Orsini
4 ore fa, mazzinga ha scritto:

Riguardo al materiale plastico non si stira in fase di avvolgitura,questa è una particolarità che non avevo specificato

 

Tutti i materiali, sottoposti a tensione si allungano; si allunga la carta, si allunga l'acciaio, si allunga la plastica.

Però lo scopo del "taper" non è per regolare l'allungamento, bensì per evitare lo scivolamento su sestesse delle spire più in terne, man mano che l'avvolgimento si incrementa. Questo da luogo a vari inconvenienti secondo il tipo di materiale avvolto.

Un inconveniente comune a tutti i materiali è l'effetto "cannocchiale", con le spere interne che rimangono in asse e quelle esterne che scivolano di lato. Se anche l'aspo ha i bordi che impediscono di vedere l'effetto si ha comunque un deterioramento delmateriale sul fianco. Altro difetto sono le così dette "stelle", dovuto ale spire intermedie che si defomano. Da ultimo, per moltio materiali plastici, l'incollaggio delle spie più interne.

Fare una semplice funzione taper è quasi banale. Da un certo diametro in poi si diminuisce la tensione del amteriale in modo lineare con l'aumento del diametro, sino al raggiunginmento di un ulteriore valore di diametro, dove il tiro rimane costante..

Per implemetare la funzione basta impostre due valori di diametro, e stabilire la percentuale di riduzione da ottenere al secondo valore di diametro.

Io ti consiglio di implementare la funzione sia nel PLC, che nel pannello HMI. Se si rendesse necessaria hai già tutto pronto. Se non la prevedi e poi ti serve è più difficile inserirla a cose fatte.

 

La regolazione di coppia è semplice come hai accennato.

 

Facciamo un esempio numerico che è più comprensibile.

Immaginiamo di impostare un tiro pari a 10 N.

A diametro massimo, pari a 0.5m, il raggio è 0.25m, quindi è necessaria una coppia di 10N * 0.25m ==> 2.5 Nm

Similmente alla partenza, con raggio pari a 0.1m si applicherà una copia di 10 * 0.1 = 1Nm.

In pratica ad ogni valore di diametro calcolato moltiplichi la coppia sarà Cm = tiro impostato * dimetro/2, con diametro calcoalto in metri.

Solitamente non si calcola il diametro ma il raggio, proprio per rendere più veloce il calcolo della coppia.

 

Se calcoli il diametro abbastanza velocemente, in pratica avrai una variazione continua del raggio, quindi la coppia l'aggiorni in continuazione senza gradini.

 

Se l'avvolgimento è avvolto bene, perchè il servo diametro è lavora bene perchè ben realizzato, se metti una riga, o "staggia" come dicono i muratori, sul fianco dell'avvolgimento non devi notare ne rientranza e sporgenze degne di nota.

 

Questo è un aspo abbastanza facile: velocità di linea bassa e rapporto diametri (1:2.5) di tutto riposo; è proprio l'ideale per fare la prima esperienza.😉

 

4 ore fa, mazzinga ha scritto:

Prima di chiederti verifica di quanto detto ho fatto delle verifiche simulando velocità e diametro linea e i conti teorici riportano.

Volevo una conferma per non avere dubbi e essere sicuro di aver capito 

 

Perfetto!

Significa che hai fatto bene i compiti a casa.🙂

 

Vedrai che una volta fatto e provato sulla macchina, con tutto che funziona come si deve, ti sembrerà una passeggiata.

Edited by Livio Orsini
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Infatti come immaginavo.Almeno questo concetto era chiaro,non sapevo dell'esistenza della funzione tapper.

 

Voglio seguire il tuo consiglio di integrarlo nella funzione che sto sviluppando.

Ti chiedo se riesci a farmi un esempio pra tico di come lavora, sicuramente e più chiaro e più semplice da comprendere

 

 

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Scusami Livio rileggendo il post precedente, vorrei un chiarimento riguardo la coppia

Non capisco perché se l'operatore imposta una coppia di tiro di 10Nm a raggio massimo ne devo dare solo 2,5Nm

Mi aspettavo di dare 10Nm a Massimo raggio

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Livio Orsini

Riprendo l'esempio di prima con tiro pari a 10N.

Ipotizziamo di aver impostato inizio taper a diametro pari 0.3m e fine taper a diametro pari a 0.4 m. Riduzione finale pari al 10%, quindi significa che con diametro di 0.4 m il tiro sarà pari a 9N.

Quindi con un escursione di 100mm di diamtro si ha una variazine di 1N di forza questo comporata cge ad ogni variazione di 1mm di diametro riduci di 0.01Nm la coppia del motore.

 

A memoria non ricordo se nell'esempio di servo diametro avevo anche inserito la funzione di "taper"; prova a verificare.

 

Dimenticavo.

Anche se la macchina è tranquilla se  le accelerazioni e decelerazioni sono brusche c'è il rischi che il tiro dimnuisca eccessivamente in accelerazione e aumenti eccessivamente i decelerazione.

Questo dipende anche dall'inerza dell'aspo.

Edited by Livio Orsini
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Livio Orsini
15 ore fa, mazzinga ha scritto:

Non capisco perché se l'operatore imposta una coppia di tiro di 10Nm a raggio massimo ne devo dare solo 2,5Nm

 

L'operatore imnposta il tiro, ovvero la tensione del materiale.

Questo valore è una forza, non una coppia.

La coppia equivale ad una forza applicata ad un braccio di rotazione. Il braccio di rotazione, in questo caso, è il raggio dell'avvolgimento. Se esprimi il tiro in kg ed i raggio in metri, avrai la coppia in kgm. se esprimi il tiro in N, avrai coppia in Nm.

Dal punto di vista pratico è meglio impostare il tiro in kg, per l'operatore è più normale. Poi a livello HMI o PLC, moltiplichi per 9.81 ed ottieni i N.

Quando si usavano i ballerini a gravità, il tiro era il peso del ballerino più eventuali pesi aggiuntivi. Questo per chiarirti meglio il concetto.

 

Quando pensi alla coppia devipensare ad una leva di 3° genere: resistenza ad un estremo (il tiro applicato), fulcro all'altro estremo, forza applicata tra fulcro e resistenza; il rapporto delle distanze tra fulcro e resistena, con fulcro e punto di applicazione della forza determina il valore della forza da aplicare per bilanciare la resistenza. Nel nostro caso la forza è applicata nel centro di rotazione ovvero nel fulcro. Quindi la coppia (forza) equivale al tiro(resistenza) per raggio.

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