Sostituzione Motori Carroponte - ...da elettromeccanica ad inverter!!

[emanuele.croci]

Ciao Hellis,

volevo farti una nuova domanda sulla questione dei RADIOCOMANDI... nella documentazione che abbiamo ricevuto dalla Autec si dice che bisogna fare una comunicazione alla USL dell'avvenuta installazione di un radiocomando.

E' una cosa "tranquilla" o potrebbe generarci problemi??

Grazie, Ciao

Emanuele

[Hellis]

Ciao Emanuele

Si l'installazione del radiocomando deve essere comunicata alla ASL, a meno che il Costruttore sulla Dichiarazione di Conformità riporta che la gru è già predisposta per l'uso con il radiocomando.

In ogni caso è una cosa tranquilla e regolata dalla circolare ISPESL N°71 del 16 Luglio 1997, per cui l'installazione di un radiocomando non costituisce 'nuova immissione sul mercato'.

Scusa se non ti ho risposto prima: cantiere bello lunghetto.

Modificato: 19 gennaio 2008 da Hellis

[emanuele.croci]

Ciao Hellis,

qualche ulteriore domanda....

stavo collaudando oggi il ns. carroponte CON INVERTER (10 tonnellate, direi 15 metri di campata o giù di lì...)

Una cosa che mi ha veramente stupito è l'energia residua che, in frenata, ritorna verso l'inverter. Di solito nelle macchine che produciamo noi montiamo delle piccole resistenze da 400 Watt, ma queste dopo pochi cicli diventavano roventi.

I 2 motori della traslazione sono da 1.1kW cadauno, voi in genere che taglie di resistenza montate su motorizzazioni del genere?

Inoltre: PRIMA di montare gli inverter il motore autofrenante veniva pilotato con avviamento diretto. Io ho sempre saputo che i freni dei motori sono FRENI DI STAZIONAMENTO, come è possibile che un freno possa reggere a una serie di frenate così potenti, ripetute in continuazione?

E infine: mi hanno detto i meccanici che il tecnico della ASL, nel provare le sicurezze della macchina, verifica che il carroponte si arresti dalla massima velocità a zero in 20 cm circa... (per me questa frenata è veramente mostruosa, non ho parole...)

Insomma, sto cercando di capire che frenata serve e come farla fare al carroponte, se con il freno meccanico, con la resistenza di frenatura o "50-50".

Ciao, Emanuele

[Hellis]

Il tecnico della AUSL è abbastanza incompetente direi, e la sua ignoranza in materia corre il rischio di provocare grossi danni.

Immagina di fermare una massa di 40 tonnellate che viaggia ad 1 m/s in 20 cm!!!

I 'Vecchi' ispettori ISPESL, e il mio vecchi sta per 'saggi', si regolavano con il 'trentesimo della velocità': se una gru va a 40 m/min, ritenvevano accettabile una fermata in 1,3 m.

Però questa gente incompetente va contestata facendo riferimento alle normative:

UNI 7670 - Meccanismi per apparecchi di sollevamento

Pagina 12 - Diagramma 1

Gru a ponte che viaggia a 40 m/min circa, 0,667 m/s, tempo di decelerazione indicato 2,6/2,7 s, da cui:

acc = V/t = 0,667/2,7 = 0,247 m/s²

S = 0,5 * acc * t² = 0,9 m (che già potrebbe essere una frenata repentina, dipende sempre da cosa si trasporta).

Io cercherei di metterlo di fronte ad una questione normativa. In caso non condividesse, quindi contestasse l'indicazione normativa ...beh ognuno si deve assumere le responsabilità di ciò che dice.

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Le resistenze le calcoliamo: ci siamo fatti un software apposito, dopo varie esperienze e da indicazioni carpite qui su Plcforum.

In linea di massima ti dico che per un movimento orizzontale, con due motori in parallelo da 1,1 kW ciascuno, montiamo resistenze per un totale di 1,5 kW.

Però dipende molto dalla velocità, dall'inerzia del carico, dall'inerzia del motore, dal fatto che il motore sia collegato a stella o a triangolo etc etc. E a complicare le cose, mettici il fatto che il carico pendola e le forze di inerzia generate ti danno un effetto alternato.

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Il freno dei motori diventa di stazionamento ed emergenza nel caso in cui installi l'inverter, altrimenti è freno e basta (e fa il suo porco lavoro). Sui carroponti elettromeccanici il discorso freno non era affatto secondario, sopratutto per via delle coppie, delle regolazioni, di sbilanciamento del carico etc etc: per questo il miglior freno che esistesse era sul motore ad indotto conico Demag (motori serie KB). Da 1 a 10, se la media dei migliori era a 3, il motore ad indotto conico Demag era a 10.

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Infine per farti un pò di casino.

Ci sono carropontisti che iniziano la frenata ad inverter e la terminano con il freno meccanico. Per me, se installi un'inverter, è una bella ****. Perchè ti dimunuirà gli interventi sul freno, ma comunque non te li elimina.

La nostra filosofia è che se si installa un inverter allora gli si fa fare l'inverter:

- gestire la frenata fino a 0 Hz (o al 5/6 Hz dipende dall'inverter)

- funzione di motopotenziomentro, ovvero possibilità di regolare da pulsantiera una velocità compresa nel range minimo-massimo.

A presto, Luca

Modificato: 6 febbraio 2008 da Hellis

[Hellis]

...continuo sul discorso degli spazi di arresto, che sinceramente mi lascia sgomento perchè può mettere in serio pericolo proprio i lavoratori che si vogliono tutelare:

DPR 547/55

ART.168

1.I mezzi di sollevamento e di trasporto devono risultare appropriati, per quanto riguarda la sicurezza, alla natura, alla forma e al volume dei carichi al cui sollevamento e trasporto sono destinati, nonché alle condizioni d’impiego con particolare riguardo alle fasi di avviamento e di arresto.

2. Gli stessi mezzi devono essere usati in modo rispondente alle loro caratteristiche.

ART.169

1.Nell’esercizio dei mezzi di sollevamento e di trasporto si devono adottare le necessarie misure per assicurare la stabilita` del mezzo e del suo carico, in relazione al tipo del mezzo stesso, alla sua velocità, alle accelerazioni in fase di avviamento e di arresto ed alle caratteristiche del percorso

Modificato: 7 febbraio 2008 da Hellis

[Hellis]

ART.173

1.I mezzi di sollevamento e di trasporto devono essere provvisti di dispositivi di frenatura atti ad

assicurare il pronto arresto e la posizione di fermo del carico e del mezzo e, quando e` necessario

ai fini della sicurezza, a consentire la gradualità dell’arresto.

2. Il presente articolo non si applica ai mezzi azionati a mano per i quali, in relazione alle

dimensioni, struttura, portata, velocità e condizioni di uso, la mancanza del freno non costituisca

causa di pericolo.

Completo il mio post precedente, vista la dimenticanza, giusto per la correttezza e la completezza dell'informazione

[emanuele.croci]

Ciao Luca,

grazie per le tue preziose informazioni!

Per ora tutto OK sul versante "carroponte", gli operatori sono molto soddisfatti delle modifiche che abbiamo realizzato (radiocomando + traslazioni con inverter)

Visto che sono carroponti da officina utilizzati soprattutto per montaggi di macchine, la dolcezza nei movimenti dell'inverter e la comodità del radiocomando sono molto apprezzate.

Per curiosità, come realizzi la funzione "motopotenziometro?", hai 2 pulsanti dedicati per ogni inverter? (velocità +/-)

Oppure usi la stessa coppia di pulsanti per tutti gli inverter?

Io volevo fare una roba del genere, avevo proposto un POTENZIOMETRO per ogni movimento, poi mi hanno detto che era una roba impossibile, gli operatori erano TROPPO abituati alla pulsantiera tradizionale....

Ciao, Emanuele

[Hellis]

Usiamo un pulsante a doppio scatto per ogni movimento:

- al primo scatto il movimento si avvia alla minima velocità impostata

- se premi a fondo, inizia ad accelerare tendendo alla massima velocità

- raggiunta una velocità che ritieni consona, ma che non è necessariamente la massima ovvero una velocità qualsiasi compresa fra la minima e la massima, torni al primo scatto e viene mantenuta la velocità raggiunta.

- se vuoi decelerare, rilasci il pulsante, e il movimento inizia la rampa di discesa: nel momento in cui ripremi il pulsante al primo scatto, viene mantenuta la velocità raggiunta.

Ciao, Luca

Modificato: 14 febbraio 2008 da Hellis

[jac]

Buon giorno Hellis ed Emanuele,

molto interessante la vostra discussione sull'automazione di carri ponte, vorrei sottoporvi una serie di quesiti riguardanti un intervento da effettuare su un carroponte di grandi dimensioni e di età antidiluviana:

scartamento 80mt

corsa 250 mt

altezza 35 mt

vel. traslazione ponte 13 mt/1

potenza motori traslazione: 2 motori ad anelli da 47 Kw con freno a ganasce

comando degli statori in parallelo con contattori

resistenze di frenatura sui rotori in parallelo inserite con 5 gradini

struttura del ponte: reticolare chiodata/saldata anno di costruzione 1932

il problema da risolvere è un'eccessiva deformazione della struttura meccanica dovuta alla perdita di parallelismo tra i due "piedi" del ponte.

In una recente visita ho rilevato un errore di parallelismo di circa 3 mt, errore compensabile solo alternando successivamente più corse in direzione opposta.

Premetto che il cliente ha già provveduto a verificare lo stato delle resistenze di frenatura e sostituire i motori di traslazione, il problema sembra essere legato alla grande elasticità della struttura, ai trasferimenti di carico tra un piede e l'altro e alla eccessiva usura di alcune zone delle vie di corsa.

Ho proposto al cliente di installare due inverter vettoriali ( uno per motore ) due telemetri laser wireless profibus( uno per ogni piede ) un PLC per il controllo della velocità dei due inverter,

l'obbiettivo è quello di segnalare e poi bloccare il movimento del carro qual'ora la differenza assoluta di posizione tra i due piedi, rilevata dai telemetri, superi un valore di sicurezza ( 750 mm ).

Preciso che il sistema proposto non è un vero controllo di posizione di due servomotori in configurazione gantry, ( mi piacerebbe molto ma l'elasticità della struttura è tale da scoraggiarmi... ) ma una rudimentale verifica della posizione reale dei due piedi, con la possibilità di correggere la velocità del piede in ritardo secondo soglie di errore prestabilite.

Cosa ne pensate?

Ciao,

giac

[oiuytr]

resistenze di frenatura sui rotori in parallelo inserite con 5 gradini

Sei sicuro che non siano resistenze di avviamento, visto che si tratta di motori ad anello?

Per il resto della questione lascio la parola a chi ha piu' competenza nel settore, sicuramente Hellis e' uno di quelli

[jac]

hai ragione, ovviamente si tratta di resistenze d'avviamento

pardon

jac

[emanuele.croci]

Ciao,

sicuramente Hellis saprà "illuminarti" meglio di me per quanto riguarda le eventuali implicazioni di sicurezza nell'usare un plc per questo scopo....

Comunque io non vedo il problema nel fare una sorta di albero elettrico tra i 2 lati della macchina.

Magari, se vuoi evitare scatti o nervosismi, puoi fare qualcosa di molto blando, tipo 80% regolazione standard (=valore di riferimento uguale per i 2 inverter e proporzionale alla velocità richiesta) e 20% correzione PID per mantenere pari i 2 lati.

Hai provato qualcosa? Hai avuto problemi?

Ciao, Emanuele

[jac]

Ciao Emanuele,

vedi, io ho maturato la mia esperienza nel settore delle macchine utensili e sono abituato a meccaniche ben più raffinate, la rigidità della struttura meccanica è un presupposto molto importante per il buon funzionamento della macchina.

Un carroponte è un altra cosa, anche se la precisione del posizionamento non è così importante, temo fenomeni di serpeggiamento o intraversamenti , soprattutto per il fatto che i due motori sono azionati da inverter vettoriali sensorless e non ho quindi la certezza che la loro velocità sia la stessa soprattutto in fase di acc. e dec.

giac

[emanuele.croci]

temo fenomeni di serpeggiamento o intraversamenti

Fenomeni che, secondo me, se usi un PID per realizzare una sorta di albero elettrico non possono che migliorare, o sbaglio?

Ti dico quel che ho visto nella mezza giornata in cui ho avviato il mio carroponte, è tutta la mia esperienza nel settore:

SERPEGGIAMENTO: Se un motore va nettamente più lento dell'altro (ad es. perché non ce la fa, comunque questo dopo la messa in servizio non dovrebbe capitare ...a me capitava ad es. se avevo problemi nello sganciare il freno....) vedevo che un lato del carroponte, quello buono, andava bene.

L'altro lato invece, essendo "trascinato" dal primo, andava a scatti: quando aveva accumulato un ritardo sufficientemente grande, grazie alla elasticità del sistema dava una "scodata" e si riportava circa pari.

Questa "scodata" era legata essenzialmente ad una differenza di posizione tra un lato e l'altro, cosa che con un regolatore PID sull'anello di posizione non potrai che migliorare: se il sistema rileverà un disallineamento anche piccolo, cercherà di correggerlo aumentando il riferimento di velocità da passare all'inverter più lento... non vedo come ciò possa, invece, creare problemi.

Se a causa di guadagni eccessivi il tutto comincia a muoversi a scatti, ridurrai i guadagni o il peso max della componente PID per addormentare un po' il tuo sistema.

INTRAVERSAMENTI: idem.... se il tuo PID riduce la differenza di posizione tra un lato e l'altro, avrai MENO rischi di intraversamento; non vedo come tu possa averne di più.

E' comunque sensato, giunti ad un errore di posizione >TOT, fermare la macchina e dare un allarme

Ciao, Emanuele

[Livio Orsini]

temo fenomeni di serpeggiamento o intraversamenti

Io eviterei un sistema master-slave, cioè con un motore master e l'altro asservito al primo, ma userei un architettura con master virtuale ed i due motori entrambi slave. Questa architettura facilita di molto le partenze e le frmate ben allineate. Inoltre curerei molto la parte di feedforward ed userei solo la regolazione PI.

Modificato: 2 aprile 2008 da Livio Orsini

[emanuele.croci]

userei un architettura con master virtuale ed i due motori entrambi slave.

quoto in pieno...

Ciao, Emanuele

[jac]

Ciao Livio,

grazie per l'intervento, ma con un plc ( S7/300 ) senza schede asse, ho qualche possibilità di realizzare una struttura con asse virtuale e slave fisici ?

jac

[emanuele.croci]

Ciao,

con un S7-300 (diciamo 314C) muovendosi a 13 m/' per me puoi mettere i 2 lati del carroponte in albero elettrico con un errore migliore di +/- 5mm (senza schede assi).

Ad occhio, abbondando un po' e senza conoscere il caso specifico...

Magari, nel caso reale giochi e squilibri vari possono rendere l'errore un po' più alto, comunque se anche fossero 2-3 cm penso che il cliente non si lamenterebbe (ANZI, su uno scartamento di 80 metri voglio vedere se si prende la briga di andarselo a misurare...)

Ovviamente, il risultato dipende molto dalla risoluzione e precisione del tuo laser di misura...

Ciao, Emanuele

Modificato: 2 aprile 2008 da emanuele.croci

[Livio Orsini]

Proprio Emanuele.Croci con il 300 ha realizzato un controllo assi interpolato.

Personalmente utilizzando una vecchia 216, con interrupt a 20 ms ho realizzato un master virtuale con 3 slave. Non ho fatto i conti, però penso che se campioni a 20 ms, quanto <= 4,5 mm, con un 300 che fa praticamente solo quello ne hai a sufficienza, anzi potresti campionare a 10 ms tranquillamente, dipende però dalla velocita di aggiornamento dei telemetri. L'importante è la cura del feedforward e l'ottimizzazione degli azionamenti che immagino siano sensorless altrimenti non ti servirebbero i telemetri. Migliore è la linearità e la stabilità dei due azionamenti a loop aperto e migliori saranno le prestazioni del sistema (sembra banale ma giova ricordarlo).

[jac]

rieccomi,

purtroppo la velocità di aggiornamento dei telemetri è di 100 msec ( precisione 2 cm )a cui va sommato il tempo di elaborazione della rete wireless che nel migliore dei casi si porta via altri 250-400msec ( dipende dal livello del segnale ) più il tempo della rete profibus che comunque è trascurabile rispetto al resto, in pratica riesco ad avere un'informazione valida ogni mezzosecondo, un pò troppo credo, per un'asse elettrico.

è anche vero che il cliente si accontenterebbe di un errore massimo di 500-600 mm con soglia di allarme a 750mm .

i telemetri sono gli LS1500 F ( di un noto importatore di strumentazione laser )con uscita RS232 e convertitore profibus dp

e la rete wireless è con gateway a 869 Mhz

e adesso passo e chiudo

ciao a tutti e buona serata

jac

[Hellis]

Ciao a tutti

sono un pò di corsa, e mi riservo di verificare la cosa con un pò più di calma.

Solo una cosa mi sconcerta un pò:

scartamento 80mt

corsa 250 mt

altezza 35 mt

vel. traslazione ponte 13 mt/1

potenza motori traslazione: 2 motori ad anelli da 47 Kw con freno a ganasce

comando degli statori in parallelo con contattori

resistenze di frenatura sui rotori in parallelo inserite con 5 gradini

struttura del ponte: reticolare chiodata/saldata anno di costruzione 1932

La gru è una macchina sottoposta, fra le altre cose, a fenomeni di fatica. Per questo motivo dopo 20/25 anni la si dovrebbe sottoporre ad una ispezione approfondita

e ad una analisi dei cicli di sollecitazione residua.

Perchè le gru, come altre strutture sottoposte a fatica, si dimensionano anche in cicli di sollecitazione che ovviamente mano a mano che la si usa, si esauriscono.

Una struttura del 1932... sottoposta credo anche agli agenti atmosferici: la problematica di una evidente mancanza di rigidità, non potrebbe anche derivare dal

cedimento delle chiodature, dall'invecchiamento per fatica dei materiali? voglio dire.. non possono essere presi come segnali per una definitiva messa fuori servizio?

Modificato: 3 aprile 2008 da Hellis

[jac]

Ciao Hellis,

hai perfettamente ragione, in questo momento la gru è ferma perchè deve essere sottoposta a verifica strutturale da parte delle autorità competenti, la richiesta di controllare il disallineamento è sicuramente legata ai problemi di "affaticamento" dell'intera struttura la cui messa in pensione definitiva è prevista per il 2012.

La costruzione e la messa in servizio di un oggetto di queste dimensioni comporta tempi ed investimenti di capitali enormi, è chiaro che stiamo cercando di far sopravvivere con un ragionevole margine di sicurezza un pezzo d'antiquariato che però è ancora strategico nel processo produttivo in cui è inserito.

un saluto,

jac

[Livio Orsini]

Jac a prima vista i tempi che dai sembrano inadatti ad un asse elettrico classico. Però rifletendo meglio sull'applicazione ci sono molti margini, a patto di curare bene l'impianto.

Per prima cosa scegli azionamenti (motore + inverter) di ottima qualità, soprattutto che garantiscano una buona precisione, costanza e ripetibilità in velocità così da minimizzare gli errori.

Nel caso pessimo dove un motore èfermo e l'atro viaggia alla massima velocità, ipotizzando un campionamento ogni 500 ms, l'errore sarebbe <109 mm. Elevato ma ben al di sotto della soglia massima di errore.

E' ovvio che, misurando un simile errore, il sistema dovrebbe andare in "preallarme" perchè è inammissibile un simile comportamento.

Un errore di 22 mm è causato da uno scostamento del 20% di velocità, ed è una cosa enorme. Se curi bene la taratura degli azionamenti e genere un feed forward accurato l'errore, misurando ogni 0.5", dovrebbe essere nell'intorno di 5mm - 7mm. COrreggendo di solo proporzionale, il sistema dovrebbe funzionare egragiamente anche con periodo di 0.5".

Perchè solo proporzionale? Qui il discorso diventa lungo e, riassumendolo nele poche righe di un messaggio, si rischierebbe di semplificare troppo.

[jac]

Grazie Livio, le tue osservazioni sono sempre preziose, io pensavo di utilizzare un semplice algoritmo decisamente proporzionale ( pos. obbiettivo - pos. attuale )* coeff. proporzionale ed eventualmente un filtro sull'errore per evitare comportamenti a rischio per transitori o disturbi, in arrivo dai telemetri.

Un altra perplessità riguarda il comportamento di motori ad anelli alimentati con inverter, nel nostro caso il cliente ha richiesto la possibilità di " ritornare velocemente " alla gestione elettromeccanica dei motori ( la solita sfiducia nell'elettronica ) e per far questo dovrò necessariamente cortocircuitare il rotore all'interno dell'armadio elettrico originale, rimarranno perciò cablati circa 80 metri di cavo tra i morsetti del motore e il corto circuito.

un Saluto

giac

[Hellis]

Ok ci siamo intesi sulla parte strutturale della applicazione.

Per quanto riguarda l'applicazione, diciamo che le risposte che ti hanno dato sulle soluzioni ad asse elettrico sono più che corrette.

Dovete poi metterci che durante la traslazione, sopratutto a scarico, può benissimo capitare che una delle due ruote motorizzate non tocchi terra.

Quindi è inutile cercare di garantire una precisione perfetta, ricorrendo ad assi elettrici di posizione con riferimento esterno, che sarebbero poi

problematici da gestire e con costi non di poco conto, a fronte di un sistema che per costruzione meccanica non può garantire la trasmissione

costante della coppia.

Un'errore nell'ordine dei +/- 200 mm credo che sia una soluzione che garantisca una dinamica di molto migliore a quella attuale.

Per quanto riguarda la sfiducia verso l'elettronica e gli azionamenti con convertitore di frequenza, è inutile che io qui vi osanni le soluzioni

realizzate. E' sopratutto il tuo cliente che deve capire che, per estendere ancora un pò l'uso di quella macchina, o si affida a quanto di meglio esiste

tecnicamente (e abbondantemente collaudato), o sopprime la macchina.

Un'applicazione del genere richiede qualche giorno di messa a punto, ma sopratutto questo tempo serve per capire come reagisce la parte meccanica

ed adeguare di conseguenza l'elettronica.

Dovessi cimentarmi in questo esercizio propenderei per motori servoventilati con encoder line driver, inverter master e slave con anello di

velocità, e misuratori laser o encoder esterni per verificare costantemente il massimo disallineamento ammissibile.

Una soluzione interessante fu quella proposta da CT, la quale ci permetteva di installare inverte master e slave con anello di velocità, ma se la

soluzione avesse richiesto un passo in più (anello di posizione) avremmo potuto espandere gli inverter in essere, senza doverli cambiare e ricablare.

Insomma non era una cosa da poco: si poteva partire con una soluzione a costo 'ridotto' che, se non si fosse rivelata sufficiente, si sarebbe potuto

procedere con una epsansione verso un sistema più complesso.

Rciordiamoci che stiamo muovendo una massa di per se enorme, con una elasticità 'infinita' (per chi non ha dimestichezza con le grandi strutture),

quindi ci troveremo di fronte a fenomeni inerziali importanti, ma tutto sommato stiamo parlado di un sistema che tollera i centimetri (un errore di parallelismo

di 3 metri non inficia il funzionamento della macchina, e consente di operare per riprenderlo) e che procede a 13 m/min.

PS: Attenzione al vento!!!! Intendo per dimensionamento inverter, e sistemi di sicurezza.

Come minimo consiglio un anemometro che avverta quando il vento supera una soglia limite, e la gru deve essere necessariamente assicurata.

Qualche tempo fa portai sfiga in un certo senso ad un cliente al quale consigliai, su una gru del genere, le tenaglie antivento.

Saputo cosa costavano (circa 20000 l'una) si mise a ridere. 3/4 mesi dopo un fortunale gli ha rovesciato la gru su un impianto: + di 500.000 euro di danni.

Modificato: 3 aprile 2008 da Hellis